FR2958760A1

FR2958760A1 - Expansion gas flow meter arrangement for use in expansion gas flow meter and regulator apparatus, has compensation units compensating clearance between toothed rack carried by valve-holder rod and pinion

Info

Publication number: FR2958760A1
Application number: FR1052728A
Authority: FR
Inventors: Max Schladerer; Jerome Guerin
Original assignee: MESURA ETS
Current assignee: MESURA ETS
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2011-10-14
Anticipated expiration: 2030-04-09
Also published as: FR2958760B1

Abstract

The arrangement (13) has a valve device (15) mounted on a valve-holder rod (19) axially moved between closing and opening positions of a gas flow path (23) between an inlet orifice and an outlet orifice. A rotative pinion (27) is meshed with a part of a toothed rack (25) of the rod, and drives an indicating element indicating a linear displacement value of the valve device. Clearance compensation units compensate clearance between the toothed rack carried by the rod and the pinion. The compensation units comprise elastic return units formed of a compression spring (36) and a leaf spring.

Description

L'invention concerne un agencement débitmètre de gaz à détente, comprenant un dispositif clapet monté sur une tige porte-clapet axialement mobile entre une position d'obturation et une position d'ouverture d'une voie d'écoulement du gaz entre un orifice d'entrée et un orifice de sortie, et un pignon rotatif engrenant une partie de crémaillère de la tige porte-clapet et destiné à entrainer un organe d'indication de la valeur du déplacement linéaire du dispositif clapet. The invention relates to an expansion gas flowmeter arrangement, comprising a valve device mounted on an axially movable valve stem between a closed position and an open position of a gas flow path between an orifice an inlet and an outlet, and a rotational gear meshing with a rack portion of the valve stem and for driving an indicating member of the value of the linear displacement of the valve device.

Un agencement de ce type est déjà connu par la demande de brevet européen EP 1 857 905. Cet agencement présente la particularité qu'il procure un rapport entre le déplacement du dispositif clapet et le débit qui est plus important dans le domaine des faibles débit que dans le domaine des débits plus grands, tout en étant constant. La présente invention a pour but d'améliorer l'agencement connu en y associant des moyens qui permettent d'assurer un mesurage précis dans tous les domaines des débits. Pour atteindre ce but, l'agencement selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de rattrapage du jeu entre la crémaillère portée par la tige porte-clapet et le pignon. An arrangement of this type is already known from the European patent application EP 1 857 905. This arrangement has the particularity that it provides a ratio between the displacement of the valve device and the flow rate which is greater in the low flow range than in the field of larger flows, while being constant. The object of the present invention is to improve the known arrangement by associating therewith means which make it possible to ensure precise measurement in all areas of flow rates. To achieve this goal, the arrangement according to the invention is characterized in that it comprises means for catching the game between the rack carried by the valve stem and the pinion.

Selon une caractéristique de l'invention, l'agencement est caractérisé en ce que les moyens de rattrapage du jeu comportent des moyens de rappel élastiques, adaptés pour assurer l'appui de la partie de crémaillère associé au dispositif clapet sur le pignon rotatif. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'agencement est caractérisé en ce que les moyens de rappel comportent un ressort de compression disposé de façon à assurer l'appui de la partie de crémaillère sur le pignon. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'agencement pour un appareil détendeur et débitmètre du type à membrane et à levier coudé de commande du dispositif clapet, est caractérisé en ce que le ressort de compression prend appui par une extrémité sur un embout de la tige au niveau de l'endroit de l'attaque du levier de commande. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'agencement est caractérisé en ce que le levier de commande traverse l'embout et s'engage axialement dans le ressort de rappel pour servir de moyens de guidage de celui-ci. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'agencement est caractérisé en ce que l'autre extrémité du ressort de rappel prend appui en sur la structure fixe de l'agencement. According to a characteristic of the invention, the arrangement is characterized in that the means of catching the game comprise elastic return means, adapted to ensure the support of the rack portion associated with the valve device on the rotary pinion. According to another characteristic of the invention, the arrangement is characterized in that the return means comprise a compression spring arranged to ensure the support of the rack portion on the pinion. According to yet another characteristic of the invention, the arrangement for a pressure-reducing device and flowmeter of the diaphragm type and control lever of the valve device, is characterized in that the compression spring is supported by one end on a nozzle of the rod at the location of the attack of the control lever. According to yet another characteristic of the invention, the arrangement is characterized in that the control lever passes through the nozzle and engages axially in the return spring to serve as guide means thereof. According to yet another characteristic of the invention, the arrangement is characterized in that the other end of the return spring is supported on the fixed structure of the arrangement.

Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'agencement est caractérisé en ce que l'autre extrémité du ressort de rappel prend appui sur un organe solidaire de l'extrémité de la tige. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'agencement est caractérisé en ce que le moyen de rattrapage de jeu est formé par un ressort à lame interposé entre une face de la tige porte-clapet qui est opposée à la crémaillère, et la partie fixe de l'agencement. According to yet another characteristic of the invention, the arrangement is characterized in that the other end of the return spring is supported on an integral member of the end of the rod. According to yet another characteristic of the invention, the arrangement is characterized in that the play-catching means is formed by a leaf spring interposed between a face of the valve stem which is opposite to the rack, and the fixed part of the arrangement.

Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'agencement est caractérisé en ce que le pignon est solidaire en rotation d'un axe supporté de part et d'autre du pignon par des paliers à très faible coefficient de frottement et sans jeu, tels que des roulements à billes. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'agencement est caractérisé en ce que l'axe porte un organe faisant partie du dispositif indicateur du déplacement linéaire du dispositif clapet. According to yet another characteristic of the invention, the arrangement is characterized in that the pinion is integral in rotation with an axis supported on either side of the pinion by bearings with a very low coefficient of friction and without play, such as ball bearings. According to yet another characteristic of the invention, the arrangement is characterized in that the axis carries a member forming part of the device for indicating the linear displacement of the valve device.

L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'un appareil régulateur et débitmètre de détente à gaz, équipé d'un agencement selon l'invention ; - la figure 2 est une vue à plus grande échelle de la partie indiquée en II de la figure 1 et constituant l'agencement selon l'invention ; - la figure 3 est une vue similaire à la figure 2, mais montre une version différente de ce premier mode de réalisation ; - la figure 4 est une vue similaire à la figure 2, 15 mais montre un second mode de réalisation de l'agencement selon l'invention ; - les figures 5A et 5B sont deux vues en perspective, à plus grande échelle, de la tige porte-clapet et du clapet, de l'agencement selon l'invention ; 20 et - les figures 6 et 7 sont des vues en coupe du dispositif à pignon, d'entrainement en rotation d'un potentiomètre de mesurage du déplacement du dispositif clapet, de l'agencement selon l'invention. 25 L'invention sera décrite ci-après, à titre d'exemple, dans son application à un appareil régulateur et débitmètre à double détente. La figure 1 montre la structure classique d'un tel appareil. Conformément à cette figure, l'appareil 30 comporte un corps d'enveloppe ou carter étanche 1, une tubulure d'entrée 2 avec son écrou de raccordement 3 et une tubulure de sortie 4 avec son écrou de raccordement 5. Le carter comprend une partie supérieure formant cuvette 7 et un boîtier 8 disposés latéralement à la 35 partie de cuvette 1 et renfermant l'étage de prédétente et le premier étage de réglage de l'appareil, non représentées car connues en soi. The invention will be better understood, and other objects, characteristics, details and advantages thereof will appear more clearly in the following explanatory description made with reference to the accompanying schematic drawings given solely by way of example illustrating several modes of embodiment of the invention and in which: - Figure 1 is a sectional view of a regulating apparatus and gas expansion flowmeter, equipped with an arrangement according to the invention; FIG. 2 is a view on a larger scale of the portion indicated in II of FIG. 1 and constituting the arrangement according to the invention; FIG. 3 is a view similar to FIG. 2, but shows a different version of this first embodiment; FIG. 4 is a view similar to FIG. 2, but shows a second embodiment of the arrangement according to the invention; FIGS. 5A and 5B are two perspective views, on a larger scale, of the valve stem and the valve, of the arrangement according to the invention; 20 and - Figures 6 and 7 are sectional views of the pinion device, driving in rotation of a potentiometer for measuring the displacement of the valve device, the arrangement according to the invention. The invention will be described hereinafter, by way of example, in its application to a dual-expansion regulator and flow meter apparatus. Figure 1 shows the conventional structure of such apparatus. According to this figure, the apparatus 30 comprises a casing body or sealed casing 1, an inlet pipe 2 with its connecting nut 3 and an outlet pipe 4 with its connecting nut 5. The casing comprises a part upper bowl 7 and a housing 8 disposed laterally to the pan portion 1 and enclosing the stage of pre-pretense and the first stage of adjustment of the apparatus, not shown because known per se.

La partie supérieure formant cuvette 7 renferme une membrane de régulation 9 associée au second étage de réglage et qui commande, par l'intermédiaire d'un levier de régulation coudé 11, l'agencement de régulation et débitmètre selon l'invention, désigné par la référence générale 13. Cet agencement 13 comporte essentiellement un dispositif clapet 15 formé, dans l'exemple représenté, par un double clapet comportant deux corps de clapet 16 et 17 montés en tandem, comme cela est décrit dans le document EP 1 857 905. Ce double clapet est monté sur l'extrémité d'une tige porte-clapet 19 qui est axialement mobile, c'est-à-dire de façon linéaire, dans une structure de guidage 21, entre une position dans laquelle le dispositif clapet 15 obture la voie 23 d'écoulement de gaz et une position d'ouverture, de façon connue en soi. La tige porte-clapet 19 comporte une portion de crémaillère 25 qui engraine un pignon 27 monté solidaire en rotation sur un axe 28 qui porte à une extrémité un curseur 29 en contact électrique avec la piste 30 d'un potentiomètre 31. L'axe 28 portant le pignon 27 est supporté dans le carter de l'appareil par un double palier à très faible coefficient de frottement et formé, dans l'exemple représenté, de préférence par deux roulements à billes 33, 34 disposés de part et d'autre du pignon 37. L'agencement selon l'invention comporte un dispositif de rattrapage du jeu entre la crémaillère 25 et le pignon 27, qui comporte essentiellement un ressort de rappel réalisé dans un premier mode de réalisation représenté aux figures 1 à 3 par un ressort hélicoïdal 36 et, dans un second mode de réalisation représenté à la figure 4, par un ressort de flexion à lame 38. Bien entendu, le ressort de rappel pourrait être remplacé par tout autre moyen à force de rappel élastique agissant de manière à appuyer la crémaillère sur le pignon. The upper bowl portion 7 encloses a regulating diaphragm 9 associated with the second regulating stage and which controls, via a bent control lever 11, the regulation and flowmeter arrangement according to the invention, designated by the general reference 13. This arrangement 13 essentially comprises a valve device 15 formed, in the example shown, by a double valve comprising two valve bodies 16 and 17 mounted in tandem, as described in the document EP 1 857 905. This double valve is mounted on the end of a valve stem 19 which is axially movable, that is to say linearly, in a guide structure 21, between a position in which the valve device 15 closes the gas flow path 23 and an open position, in a manner known per se. The valve stem 19 comprises a rack portion 25 which engages a pinion 27 mounted to rotate with an axis 28 which carries at one end a slider 29 in electrical contact with the track 30 of a potentiometer 31. carrying the pinion 27 is supported in the housing of the apparatus by a double bearing with a very low coefficient of friction and formed, in the example shown, preferably by two ball bearings 33, 34 arranged on either side of the pinion 37. The arrangement according to the invention comprises a device for compensating the clearance between the rack 25 and the pinion 27, which essentially comprises a return spring made in a first embodiment shown in FIGS. 1 to 3 by a helical spring. 36 and, in a second embodiment shown in Figure 4, by a leaf bending spring 38. Of course, the return spring could be replaced by any other means with a return force e elastic acting to support the rack on the pinion.

Pour produire cet effet de rattrapage de jeu entre la crémaillère et le pignon, le ressort 36 est interposé, dans une première version de mise en oeuvre, entre l'embout 40 d'attaque du levier coudé 11, à l'extrémité libre de la tige porte-clapet 19, et le carter en 42. Comme le montrent plus en détail les figures 5A et 5B, l'embout 40 d'un diamètre plus faible et à section transversale d'un demi-cercle comporte un évidement 44 de passage de l'extrémité 45 du levier 11 qui est pivotant dans le carter à l'aide d'une rotule 46. L'extrémité 45 du levier coudé 11 s'engage dans l'extrémité 48 du ressort 36 et assure ainsi le guidage de celui-ci. Cette extrémité 48 prend appui sur la surface inférieure plane 49 de l'embout 40 tandis que l'autre extrémité 50 est en appui en 42 sur la structure fixe. Dans la version de ce premier mode de réalisation, qui est représenté à la figure 3, le ressort 36 prend appui par son extrémité 50 opposée à l'extrémité 48 en appui sur l'embout, sur une rondelle 52 qui est solidaire de l'extrémité libre du levier 11 dont la partie 45 ayant traversée l'embout 40 présente à cette fin une plus grande longueur appropriée. Il est à noter que le ressort 36 est orienté de façon à présenter un angle d'inclinaison oc par rapport à la direction perpendiculaire à l'axe de la tige porte-clapet, qui est relativement faible et varie en fonction du mouvement axial linéaire de la tige, commandé par le levier 11. To produce this play-catching effect between the rack and the pinion, the spring 36 is interposed, in a first implementation version, between the tip 40 of the angle lever 11, at the free end of the valve stem 19, and the housing 42. As shown in more detail in Figures 5A and 5B, the tip 40 of a smaller diameter and cross section of a semicircle comprises a recess 44 passage the end 45 of the lever 11 which is pivoted in the housing with a ball 46. The end 45 of the elbow lever 11 engages in the end 48 of the spring 36 and thus guiding the -this. This end 48 is supported on the flat lower surface 49 of the nozzle 40 while the other end 50 is supported at 42 on the fixed structure. In the version of this first embodiment, which is shown in Figure 3, the spring 36 is supported by its end 50 opposite the end 48 bearing on the tip, on a washer 52 which is secured to the free end of the lever 11, the portion 45 having passed through the end piece 40 has for this purpose a larger appropriate length. It should be noted that the spring 36 is oriented so as to have an angle of inclination α relative to the direction perpendicular to the axis of the valve stem, which is relatively small and varies as a function of the linear axial movement of the rod, controlled by the lever 11.

Etant donné que le ressort est en appui contre l'embout 40 du côté de la tige 19, qui est radialement opposé à la crémaillère 25, le ressort pousse la crémaillère avec ses dents 53 dans les dents du pignon 27. Since the spring bears against the end piece 40 on the side of the rod 19, which is radially opposite to the rack 25, the spring pushes the rack with its teeth 53 into the teeth of the pinion 27.

Ainsi, le ressort agit de moyen de rattrapage du jeu entre la crémaillère et le pignon, sans occasionner un frottement. Thus, the spring acts as means of catching up the clearance between the rack and the pinion, without causing friction.

Dans le deuxième mode de réalisation, selon la figure 4, le rattrapage du jeu est assuré par le ressort de flexion à lame 38, de forme arquée, qui prend appui par sa partie médiane bombée 54 en 56 sur le carter et par ses deux extrémités configurées en pattes d'appui 57 contre la surface 59 d'un évidement 60 de la tige porte-clapet, qui est située au côté opposé à la crémaillère 25 en-dessous de celle-ci. Il est encore à noter que la tige porte-clapet 19 peut être pourvue d'appuis latéraux constitués de vis de réglage 60 et 61, qui sont disposées diamétralement opposé et peuvent assurer un guidage de la tige 19 dans la direction perpendiculaire à la direction de poussée du ressort de rappel. La position des vis est réglable dans des orifices filetés appropriés du carter de l'appareil. L'invention présente de nombreux avantages essentiels. Elle assure le rattrapage du jeu entre le ressort de rappel appuyant la crémaillère de la tige porte-clapet radialement sur le pignon de l'axe du potentiomètre, cet axe étant guidé en rotation par un double palier à très faible coefficient de frottement et sans jeu, de préférence du type à roulement à billes. Le double palier à très faible coefficient de frottement et sans jeu assure alors simultanément le guidage en translation de la crémaillère de la tige porte-clapet et du double clapet associé ainsi que le guidage en rotation de l'axe du potentiomètre. Le guidage en translation de la crémaillère de la tige et du double clapet associé est assuré à l'autre extrémité 62 par un appui concentrique 63 du double clapet sur le diamètre intérieur du gicleur 64, l'appui étant muni des orifices 65 de passage du gaz. Bien entendu de diverses modifications peuvent être apportées à l'invention telle que décrite et représentée. In the second embodiment, according to FIG. 4, the clearance is provided by the arched leaf spring 38, which is supported by its domed central portion 54 at 56 on the housing and at both ends thereof. configured as support legs 57 against the surface 59 of a recess 60 of the valve stem, which is located at the opposite side of the rack 25 below it. It should also be noted that the valve stem 19 can be provided with lateral supports constituted by adjustment screws 60 and 61, which are arranged diametrically opposite and can provide a guide of the rod 19 in the direction perpendicular to the direction of rotation. thrust of the return spring. The position of the screws is adjustable in the appropriate threaded holes in the housing of the unit. The invention has many essential advantages. It ensures the clearance of the play between the return spring pressing the rack of the valve stem radially on the pinion of the potentiometer shaft, this axis being guided in rotation by a double bearing with a very low coefficient of friction and without play. preferably of the ball bearing type. The double bearing with a very low coefficient of friction and without play then simultaneously ensures the translational guidance of the rack of the valve stem and the associated double valve as well as the rotational guidance of the potentiometer shaft. The guide in translation of the rack of the rod and the associated double valve is provided at the other end 62 by a concentric support 63 of the double valve on the inside diameter of the nozzle 64, the support being provided with the orifices 65 for passage of the gas. Of course, various modifications may be made to the invention as described and shown.

Ainsi les moyens de rappel peuvent être de tout genre approprié à condition qu'ils assurent une force de rappel élastique agissant de manière à appuyer la crémaillère sur le pignon. Les moyens convertisseur du déplacement rectiligne du dispositif clapet et de sa tige, en une tension électrique pourraient être assurés à la place du potentiomètre par tout autre capteur de déplacement optique, à effet Hall, inductif, avec ou sans contact entre la partie fixe liée au carter du régulateur et la partie mobile commandée par le déplacement du double clapet. Thus the return means may be of any suitable type provided that they provide an elastic restoring force acting to support the rack on the pinion. The converter means of the rectilinear displacement of the valve device and its rod, in an electric voltage could be ensured instead of the potentiometer by any other optical displacement sensor, Hall effect, inductive, with or without contact between the fixed part linked to the regulator housing and the movable part controlled by the movement of the double valve.

Claims

REVENDICATIONS1. An expansion gas flowmeter arrangement comprising a valve device mounted on an axially movable valve stem between a closed position and an open position of a gas flow path between an inlet port and a an outlet orifice, and a rotary pinion engraining a rack part of the valve stem and intended to drive a member for indicating the value of the linear displacement of the valve device, characterized in that it comprises catch-up means clearance (36, 38) between the rack (25) carried by the valve stem (19) and the pinion (27).

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the means of catching the game comprise elastic return means (36, 38), adapted to ensure the support of the rack portion (25) associated with the valve device on the rotary pinion (27).

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the return means comprise a compression spring (36) arranged to ensure the support of the rack portion (25) on the pinion (27).

4. Arrangement according to claim 3 for a pressure-reducing device and flowmeter of the diaphragm type and control lever of the valve device, characterized in that the compression spring (36) is supported by one end (48) on a nozzle ( 40) of the rod (19) at the point of attack of the control lever (11).

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the control lever (11) through the nozzle (40) and axially engages in the return spring (36) to serve as a guide means thereof.

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the other end (50) of the return spring (36) bears the arrangement.

7. Arrangement in that the other (36) bears the end (45) of

8. Arrangement in that the means (42) on the fixed structure of according to claim 5, characterized end (50) of the return spring on an integral member (52) of the rod. according to claim 2, characterized in that a backlash is formed by a leaf spring (38) interposed between a face (59) of the valve stem (19) which is opposed to the rack (25), and the fix the arrangement.

9. Arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the pinion (27) is integral in rotation with an axis (28) supported on either side of the pinion by bearings (33, 34 ) with a very low coefficient of friction and without play, such as ball bearings.

10. Arrangement according to claim 9, characterized in that the axis (28) carries a member part of the device for indicating the linear displacement of the valve device.