FR2841646A1 - Fluid flowmeter has oscillating cylinder with roller ball bearings to reduce friction at high flow rates - Google Patents
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Abstract
Description
COMPTEUR VOLUMETRIQUE DE FLUIDEFLUID VOLUMETRIC COUNTER
L'invention se rapporte à un compteur volumétrique de fluide destiné The invention relates to a volumetric fluid meter intended
à mesurer le débit d'un fluide s'écoulant dans une canalisation. measuring the flow rate of a fluid flowing in a pipe.
L'invention concerne plus particulièrement le domaine technique des compteurs volumétriques de fluide à piston oscillant dont la technique est The invention relates more particularly to the technical field of volumetric meters of oscillating piston fluid, the technique of which is
bien connue par l'homme du métier.well known to those skilled in the art.
Un tel compteur connu comporte une boîte mesurante comme Such a known counter includes a measuring box such as
représenté sur la figure 1 en perspective éclatée. shown in Figure 1 in exploded perspective.
Dans ce type de compteur, la boite mesurante est l'élément essentiel dont dépend la précision de mesure du débit. La boîte mesurante est une chambre de forme cylindrique 30 qui comprend un fond 1, une paroi latérale 2 et un couvercle 3. Le fond 1 et le couvercle 3 comportent respectivement un cylindre inférieur 4 et supérieur 5, de même diamètre, ce diamètre étant inférieur à celui de la chambre. Les deux cylindres 4, 5 sont centrés sur l'axe de la chambre. Le cylindre inférieur comporte en son centre une tige métallique 28 sur laquelle vient s'emboîter un galet 6. Le fond et le couvercle sont munis d'au moins une oue̋ d'entrée 7 et une oue̋ de sortie 8 pour respectivement l'admission et l'évacuation du fluide dans la chambre. La chambre 30 comporte également une cloison fixe 9 de forme rectangulaire, séparant l'oue̋ d'entrée 7 et l'oue̋ de sortie 8. La cloison s'étend radialement entre la paroi latérale 2 et les cylindres inférieur 4 et supérieur 5 et axialement entre le fond 1 et le couvercle 3. Le fond, la paroi latérale, le couvercle et les cylindres inférieur et supérieur comportent une rainure 10 dans laquelle vient s'encastrer la cloison. Un piston il de forme cylindrique de diamètre inférieur à celui de la chambre mais supérieur aux diamètres des cylindres inférieur et supérieur est positionné de manière excentrique à l'intérieur de la chambre. Le piston il comporte à mi-hauteur une paroi plane 12 perforée de trous et supportant en son centre deux tétons 13, l'un dirigé vers le fond, l'autre vers le couvercle. La paroi comporte également une lumière 14 en forme de poire orientée radialement et positionnée de F:\Salle\FP000041\PREMDEP\ADMIN\Texte déposé.doc manière excentrique. La lumière en forme de poire débouche sur une fente In this type of meter, the measuring box is the essential element on which the accuracy of flow measurement depends. The measuring box is a cylindrical chamber 30 which comprises a bottom 1, a side wall 2 and a cover 3. The bottom 1 and the cover 3 respectively comprise a lower cylinder 4 and upper 5, of the same diameter, this diameter being less to that of the bedroom. The two cylinders 4, 5 are centered on the axis of the chamber. The lower cylinder has in its center a metal rod 28 on which a roller 6 fits. The bottom and the cover are provided with at least one inlet 7 and an outlet 8 for admission and the evacuation of the fluid in the chamber. The chamber 30 also comprises a fixed partition 9 of rectangular shape, separating the inlet 7 7 and the outlet 8. 8. The partition extends radially between the side wall 2 and the lower 4 and upper 5 cylinders and axially between the bottom 1 and the cover 3. The bottom, the side wall, the cover and the lower and upper cylinders have a groove 10 in which the partition is fitted. A cylindrical piston il with a diameter less than that of the chamber but greater than the diameters of the lower and upper cylinders is positioned eccentrically inside the chamber. The piston includes at mid-height a flat wall 12 perforated with holes and supporting in its center two pins 13, one directed towards the bottom, the other towards the cover. The wall also includes a light 14 in the shape of a pear oriented radially and positioned at F: \ Salle \ FP000041 \ PREMDEP \ ADMIN \ Text deposited.doc eccentrically. The pear-shaped light leads to a slit
pratiquée sur toute la hauteur du piston. performed over the entire height of the piston.
Le débitmètre comportant une telle boîte mesurante fonctionne selon le principe de l'admission d'un volume donné de fluide par l'oue̋ d'entrée 7 dans la chambre 30 qui en communiquant son énergie au piston provoque son déplacement en rotation et son évacuation vers l'oue̋ de sortie 8. Ainsi, chaque révolution du piston l1 correspond au passage d'un volume de fluide donné. Le mouvement général du piston est un mouvement oscillant, l'axe du piston décrivant un cercle autour de l'axe de la chambre 30 et la fente 15 du piston glissant le long de la cloison 9. Le piston est guidé cinématiquement dans la chambre 30 grâce à l'engagement de la cloison 9 dans la fente verticale 15 et dans la lumière 14 en forme de poire ainsi que par l'engagement du téton 13 entre le galet 6 et le cylindre inférieur 4. La paroi plane du piston, bien que positionnée entre le cylindre inférieur 4 et The flowmeter comprising such a measuring box operates on the principle of admitting a given volume of fluid through the inlet 7 7 into the chamber 30 which, by communicating its energy to the piston, causes it to move in rotation and be discharged to oue 8. outlet 8. Thus, each revolution of the piston l1 corresponds to the passage of a given volume of fluid. The general movement of the piston is an oscillating movement, the axis of the piston describing a circle around the axis of the chamber 30 and the slot 15 of the piston sliding along the partition 9. The piston is guided kinematically in the chamber 30 thanks to the engagement of the partition 9 in the vertical slot 15 and in the pear-shaped slot 14 as well as by the engagement of the stud 13 between the roller 6 and the lower cylinder 4. The flat wall of the piston, although positioned between the lower cylinder 4 and
supérieur 5, reste libre de se mouvoir dans un plan. upper 5, remains free to move in a plane.
L'invention concerne donc un compteur volumétrique de fluide du type à piston oscillant comprenant une chambre cylindrique comportant une paroi latérale, un fond et un couvercle, ainsi qu'un piston de forme cylindrique disposé de façon excentrique et guidé cinématiquement dans la chambre, ledit piston effectuant un mouvement oscillant dans la chambre The invention therefore relates to a volumetric fluid meter of the oscillating piston type comprising a cylindrical chamber comprising a side wall, a bottom and a cover, as well as a cylindrical piston arranged eccentrically and kinematically guided in the chamber, said piston oscillating in the chamber
sous l'action du déplacement d'un volume de fluide. under the action of the displacement of a volume of fluid.
Dans ce mouvement oscillant, le piston est en contact glissant sur le fond de la chambre et/ou sur les cylindres inférieur et supérieur et les forces de frottement s'opposent donc à un fonctionnement optimal. Aux faibles débits, l'effort intervenant est surtout le poids du piston et aux forts débits les forces hydrauliques agissant sur ce piston sont prépondérantes et sont dirigées vers le haut dans le cas d'un flux entrant du bas vers le haut comme représenté sur la figure 1 ou dirigées vers le bas dans le cas d'un flux entrant In this oscillating movement, the piston is in sliding contact on the bottom of the chamber and / or on the lower and upper cylinders and the friction forces therefore oppose optimal operation. At low flow rates, the effort involved is above all the weight of the piston and at high flow rates the hydraulic forces acting on this piston are predominant and are directed upwards in the case of an incoming flow from bottom to top as shown in the figure 1 or directed downwards in the case of an incoming flow
du haut vers le bas.from high to low.
F:\Salle\FP000041\PREMDEP\ADMIN\Texte déposé.doc Afin de diminuer la résistance au mouvement du piston, il est connu F: \ Salle \ FP000041 \ PREMDEP \ ADMIN \ Text deposited.doc In order to reduce the resistance to movement of the piston, it is known
d'optimiser le poids du piston et l'état de surface des pièces en contact. optimize the weight of the piston and the surface condition of the parts in contact.
Il est également connu du brevet US 2 487 783 d'équiper le It is also known from US Pat. No. 2,487,783 to equip the
compteur d'un agencement anti-friction sollicitant le piston. counter of an anti-friction arrangement urging the piston.
Selon ce document de l'art antérieur, cet agencement anti-friction est constitué d'un anneau en fer doux, fixe, disposé au-dessus du téton supérieur du piston, sur la trajectoire de ce dernier. Ce téton contient un According to this document of the prior art, this anti-friction arrangement consists of a soft iron ring, fixed, disposed above the upper stud of the piston, on the trajectory of the latter. This nipple contains a
aimant de telle sorte qu'est obtenu un effort anti-gravitationnel sur le piston. magnet so that an anti-gravitational force is obtained on the piston.
Cet effort dirigé vers le haut est suffisant pour soutenir le piston dans une position d'équilibre flottant dans le fluide contenu par la chambre et obtenir un jeu optimal entre le piston et les parties fixes supprimant les efforts de frottement. Ceci est réel aux petits débits, o seul le poids du piston intervient, This upwardly directed force is sufficient to support the piston in an equilibrium position floating in the fluid contained by the chamber and to obtain an optimal clearance between the piston and the fixed parts eliminating the friction forces. This is real at small flows, where only the weight of the piston intervenes,
l'effort anti-gravitationnel développé par l'aimant étant supérieur au poids. the anti-gravitational force developed by the magnet being greater than the weight.
Aux grands débits, cet effort anti-gravitationnel et le poids sont négligeables par rapport aux forces hydrodynamiques créées par le flux de liquide. Dans le cas d'un flux entrant du bas vers le haut, le piston est poussé vers le haut et frotte sur le couvercle de la chambre, comme dans le cas d'une chambre classique sans agencement antifriction. Dans le cas d'un flux entrant du haut vers le bas, le piston est poussé vers le bas, l'effort antigravitationnel étant alors négligeable, et frotte sur le fond de la chambre, At large flow rates, this anti-gravitational force and the weight are negligible compared to the hydrodynamic forces created by the flow of liquid. In the case of an incoming flow from the bottom up, the piston is pushed up and rubs on the chamber cover, as in the case of a conventional chamber without anti-friction arrangement. In the case of a flow entering from the top to the bottom, the piston is pushed down, the anti-gravitational force then being negligible, and rubs on the bottom of the chamber,
comme dans le cas d'une chambre classique sans agencement antifriction. as in the case of a classic room without anti-friction arrangement.
Aux grands débits, un tel agencement à aimant ne remplit aucune fonction et n'améliore pas le comportement du piston vis à vis des efforts de At high flow rates, such a magnet arrangement does not fulfill any function and does not improve the behavior of the piston with respect to
frottement.friction.
Le compteur conforme à l'invention résout ce problème en proposant un agencement tout aussi efficace aux grands qu'aux petits débits, et pour ce faire, concerne un compteur volumétrique de fluide du type à piston oscillant comprenant une chambre cylindrique comportant une paroi latérale, un fond et un couvercle, ainsi qu'un piston de forme cylindrique disposé de F:\Salle\FP000041\PREMDEP'ADMIN\Texte déposé.doc façon excentrique et guidé cinématiquement dans la chambre, ledit piston effectuant un mouvement oscillant dans la chambre sous l'action du déplacement d'un volume de fluide, ledit compteur comportant un agencement anti-friction sollicitant ledit piston, caractérisé en ce que ledit agencement anti-friction est constitué d'au moins un élément de roulement The meter according to the invention solves this problem by proposing an arrangement which is just as effective for large ones as for small flows, and to do this, relates to a volumetric meter of fluid of the oscillating piston type comprising a cylindrical chamber comprising a side wall, a bottom and a cover, as well as a cylindrical piston arranged at F: \ Salle \ FP000041 \ PREMDEP'ADMIN \ Text deposited.doc eccentrically and kinematically guided in the chamber, said piston performing an oscillating movement in the chamber under the action of displacement of a volume of fluid, said counter comprising an anti-friction arrangement urging said piston, characterized in that said anti-friction arrangement consists of at least one rolling element
disposé à une interface entre le piston et une partie fixe de la chambre. disposed at an interface between the piston and a fixed part of the chamber.
Cet agencement robuste permet de reprendre les forces agissant sur This robust arrangement allows the forces acting on
le piston sans dissiper d'énergie par frottement. the piston without dissipating energy by friction.
De plus, la sensibilité du compteur aux jeux fonctionnels est diminuée grâce à de faibles pertes de charge et on obtient une meilleure tenue en endurance, puisque est supprimée l'usure des composants qui ne In addition, the counter's sensitivity to functional play is reduced thanks to low pressure drops and better endurance resistance is obtained, since the wear of the components which does not
sont plus en contact.are more in touch.
Selon un premier mode de réalisation préféré dont le piston comporte à mihauteur une paroi plane perforée de trous et supportant en son centre un téton, dirigé vers le fond, lesdits éléments de roulement sont According to a first preferred embodiment of which the piston comprises at mid-height a flat wall perforated with holes and supporting in its center a stud, directed towards the bottom, said rolling elements are
disposés entre le téton et ledit fond. disposed between the stud and said bottom.
Selon un second mode de réalisation préféré dont le piston comporte à mihauteur une paroi plane perforée de trous et dont le fond comporte un galet central, ledit élément de roulement est disposé entre ladite paroi plane According to a second preferred embodiment, the piston of which comprises at mid-height a flat wall perforated with holes and the bottom of which comprises a central roller, said rolling element is disposed between said flat wall
et ledit galet.and said roller.
L'invention est décrite ci-après plus en détail à l'aide de figures ne The invention is described below in more detail with the aid of figures
représentant qu'un mode de réalisation préféré de l'invention. representing only a preferred embodiment of the invention.
La figure 2 est une vue en coupe schématique d'une boîte mesurante Figure 2 is a schematic sectional view of a measuring box
conforme à l'invention, selon le premier mode de réalisation. according to the invention, according to the first embodiment.
La figure 3 est une vue en coupe schématique d'une boite mesurante Figure 3 is a schematic sectional view of a measuring box
conforme à l'invention, selon le second mode de réalisation. according to the invention, according to the second embodiment.
Les figures 4 et 5 sont des vues schématiques de dessus de deux variantes de réalisation des éléments de roulement, selon le premier mode Figures 4 and 5 are schematic top views of two alternative embodiments of the rolling elements, according to the first embodiment
de réalisation.of achievement.
F:\Salle\FP000041\PREMDEP\,DMIN\Texte déposé.doc Un compteur volumétrique de fluide du type à piston oscillant comprenant une chambre cylindrique 30 comportant une paroi latérale 2, un fond 1 et un couvercle 3, ainsi qu'un piston Il de forme cylindrique disposé de façon excentrique et guidé cinématiquement dans la chambre, ledit piston effectuant un mouvement oscillant dans la chambre sous l'action du déplacement d'un volume de fluide. Le piston 11 comporte à mi-hauteur une paroi plane 12 perforée de trous et supportant en son centre un téton F: \ Salle \ FP000041 \ PREMDEP \, DMIN \ Text deposited.doc A volumetric fluid meter of the oscillating piston type comprising a cylindrical chamber 30 comprising a side wall 2, a bottom 1 and a cover 3, as well as a piston It of cylindrical shape arranged eccentrically and guided kinematically in the chamber, said piston performing an oscillating movement in the chamber under the action of the displacement of a volume of fluid. The piston 11 comprises at mid-height a flat wall 12 perforated with holes and supporting in its center a stud
inférieur 13', dirigé vers le fond 1. Le fond 1 comporte un galet 6 central. lower 13 ', directed towards the bottom 1. The bottom 1 has a central roller 6.
Le compteur comporte un agencement anti-friction sollicitant le piston 11 et est constitué d'au moins une bille de roulement 20A, 20B disposée à une interface entre le piston 11 et une partie fixe de la chambre 30. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 2, des billes de roulement 20A sont disposées entre le téton inférieur 13' et ledit fond 1. Ces billes 20A sont maintenues dans des cavités agencées dans le fond 1 entre le cylindre inférieur 4 et le galet 6 central et réparties autour de ce galet, ces cavités étant du type cages de roulements à billes, comme schématisé en The counter has an anti-friction arrangement urging the piston 11 and consists of at least one rolling ball 20A, 20B disposed at an interface between the piston 11 and a fixed part of the chamber 30. According to the embodiment shown in FIG. 2, rolling balls 20A are arranged between the lower stud 13 'and said bottom 1. These balls 20A are held in cavities arranged in the bottom 1 between the lower cylinder 4 and the central roller 6 and distributed around this roller, these cavities being of the ball bearing cages type, as shown schematically in
figure 4.figure 4.
Dans ce cas, la portée du piston 11 sur la chambre fixe 30 se fait par le téton inférieur 13' et le piston ainsi que les parties de la chambre sont In this case, the bearing of the piston 11 on the fixed chamber 30 is made by the lower stud 13 'and the piston as well as the parts of the chamber are
dimensionnés en conséquence.dimensioned accordingly.
Au lieu de billes de roulement, il est possible d'utiliser des rouleaux de roulement 20C répartis autour de ce galet et disposés le long de diamètres, comme représenté sur la figure 5. De la même façon, les rouleaux Instead of rolling balls, it is possible to use rolling rollers 20C distributed around this roller and arranged along diameters, as shown in FIG. 5. In the same way, the rollers
de roulement 20C sont disposés entre le téton inférieur 13' et ledit fond 1. bearing 20C are arranged between the lower stud 13 'and said bottom 1.
Ces rouleaux 20C sont maintenus dans des cavités agencées dans le fond 1 entre le cylindre inférieur 4 et le galet 6 central, ces cavités étant du type These rollers 20C are held in cavities arranged in the bottom 1 between the lower cylinder 4 and the central roller 6, these cavities being of the type
cages de roulements à rouleaux.roller bearing cages.
Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 3, une bille de According to the embodiment shown in Figure 3, a ball of
roulement 20B est disposée entre la paroi plane 12 et le galet central 6. bearing 20B is arranged between the flat wall 12 and the central roller 6.
F:\Salle\FP000041\PREMDEP\,DMIN\Texte déposé.doc Cette bille 20B est logée dans une cavité agencée sur l'extrémité supérieure F: \ Salle \ FP000041 \ PREMDEP \, DMIN \ Text deposited.doc This 20B ball is housed in a cavity arranged on the upper end
du galet 6, la paroi 12 reposant sur la bille. of the roller 6, the wall 12 resting on the ball.
Dans ce cas, la portée du piston il sur la chambre fixe 30 se fait par le galet 6 et le piston ainsi que les parties de la chambre sont dimensionnés en conséquence. F:\Salle\FP000041\PREMDEP'ADMIN\Texte déposé. doc In this case, the range of the piston 11 on the fixed chamber 30 is made by the roller 6 and the piston as well as the parts of the chamber are dimensioned accordingly. F: \ Salle \ FP000041 \ PREMDEP'ADMIN \ Text deposited. doc
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| FR2841646A1 true FR2841646A1 (en) | 2004-01-02 |
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|---|---|
| FR (1) | FR2841646B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3885713A1 (en) * | 2020-03-24 | 2021-09-29 | Honeywell International Inc. | Rotary piston water meter |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US2338152A (en) * | 1940-12-21 | 1944-01-04 | Pittsburgh Equitable Meter Co | Fluid meter |
| US2389125A (en) * | 1942-08-28 | 1945-11-20 | Pittsburgh Equitable Meter Co | Fluid meter |
| US3496772A (en) * | 1967-08-30 | 1970-02-24 | Badger Meter Mfg Co | Piston for fluid meter |
| US5495756A (en) * | 1993-06-02 | 1996-03-05 | Socie/ te/ Sappel | Cylindrical chamber for liquid meter with oscillating piston |
-
2002
- 2002-07-01 FR FR0208700A patent/FR2841646B1/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| FR2841646B1 (en) | 2005-04-08 |
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|---|---|---|---|
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Effective date: 20070330 |