FR3056741B1 - Compteur de fluide, en particulier de liquides, muni d'une turbine a deux etages - Google Patents

Abstract

La présente invention a pour objet un compteur, de préférence d'eau, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement un boîtier muni d'un orifice d'entrée et d'un orifice de sortie de fluide, une turbine (5) à aubes radiales actionnée par le déplacement du fluide, ledit boîtier étant en outre équipé d'un dispositif de mesure du mouvement de ladite turbine (5), caractérisé en ce que ladite turbine (5) comporte, sur son arbre de rotation (7), deux étages successifs et superposés de couronnes (8, 9) d'aubes dont les aubes respectives (8', 8'', 8'''... ; 9', 9'', 9'''...) sont chacune décalées d'un étage à l'autre, les deux couronnes d'aubes (8, 9) ayant le même sens de rotation. Elle permet notamment un fonctionnement régulier, une plus grande précision de mesure ainsi qu'une perte de charge réduite.

Description

DESCRIPTION

La présente invention concerne le domaine des dispositifs ou appareils de mesure de fluides, tels que des compteurs d’eau, de gaz, et analogues, notamment ceux installés aux domiciles des particuliers.

Afin de garantir une plage de fonctionnement et un niveau de fiabilité élevés, les compteurs nécessitent d’être calibrés sur un grand domaine, afin de garantir, avec une marge d’erreur acceptable, que la quantité ou le débit de fluide faible ou important qui a été mesuré correspond effectivement à celui qui a traversé l’instrument de mesure. A cet effet on mesure, par exemple, l’erreur de mesure effectivement constatée (en %) en fonction du débit (en litre/heure) et on établit ainsi une courbe qui doit, au moins sur une partie significative, entrer dans un cadre prédéfini de tolérances que l’on juge comme étant acceptables. A cet effet, les compteurs actuellement connus sont munis des pièces de réglage permettant de faire « entrer » la courbe de mesure de l’erreur constatée dans le cadre de tolérances prédéfini, ce au moins sur les plages de débit pertinentes, c’est-à-dire pour lesquelles il est nécessaire que l’erreur de mesure soit bien inférieure à la tolérance fixée. D’autres compteurs utilisent des turbines avec des aubes plates permettant de réduire les pertes de pression et de produire des courbes métrologiques plus « plates ».

La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients et a pour objet un compteur, en particulier compteur de fluide, en particulier de liquides et de préférence d’eau, caractérisé en ce qu’il comprend essentiellement un boîtier muni d’un orifice d’entrée et d’un orifice de sortie de fluide, une turbine à aubes radiales actionnée par le déplacement du fluide entre lesdits orifices d’entrée et de sortie, ledit boîtier étant en outre équipé d’un dispositif de mesure du mouvement de ladite turbine, caractérisé en ce que ladite turbine comporte, sur son arbre de rotation, deux étages successifs et superposés de couronnes d’aubes dont les aubes respectives sont chacune décalées d’un étage à l’autre, les deux couronnes d’aubes ayant le même sens de rotation.

Grâce à cette solution, le compteur selon l’invention reste simple et compact, la turbine classique à un étage d’un compteur classique étant tout simplement remplacée par une turbine à deux étages dans ledit compteur selon l’invention. L’opération d’ajustement ou de contrôle se retrouve grandement facilitée par le fait que l’opérateur peut utiliser le compteur sur une plage de fonctionnement plus grande, un petit débit entraînant l’étage de la turbine le plus proche de l’entrée du fluide à mesurer puis transmettant le mouvement au second étage. De même, les gros débits sont mieux répartis sur les deux étages ce qui permet une rotation et donc un fonctionnement plus uniforme et sans à-coups dudit compteur. La perte de charge est en outre réduite.

On accroît ainsi la finesse du réglage et la marge de manœuvre de l’opérateur en matière de calibrage. L’invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d’exemple non limitatif, et expliqué avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente une coupe verticale dans le sens de la hauteur au niveau médian et en perspective d’un compteur d’eau selon l’état de la technique utilisable pour la présente invention; et - les figures 2a et 2b, respectivement 3a et 3b montrent une vue de dessus et une vue isométrique d’une turbine à un étage selon l’état de la technique, respectivement une turbine à deux étages selon l’invention.

La figure 1 montre, de façon schématique, un compteur 1 classique, ici par exemple un compteur d’eau. Ce dernier est réalisé sous la forme d’un boîtier 2 principal (généralement en laiton) contenant un dispositif de mesure 6 connu en soi et muni d’un couvercle et d’un capot ouvrable ainsi que d’une conduite d’arrivée et de sortie de fluide, ces dernières étant également réalisées en fonte, de préférence d’une seule pièce avec le boîtier 2.

Selon l’état de la technique, ledit compteur 1 comprend donc essentiellement un boîtier 2 muni d’un orifice d’entrée 3 et d’un orifice de sortie 4 de fluide, une turbine 5 à aubes radiales 5’ actionnée par le déplacement du fluide entre lesdits orifices d’entrée 3 et de sortie 4, ledit boîtier 2 étant surmonté d’un dispositif de mesure 6 du mouvement de ladite turbine 5.

Sur la figure 1, certaines pièces internes du compteur 1 comme par exemple le dispositif de mesure 6 ou les pales ou aubes radiales 5’ ont été représentées comme pièces entières en trois dimensions pour faciliter la compréhension. La géométrie des aubes radiales 5’ utilisées est également donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif. On comprend donc que le fluide dont on veut mesurer le débit ou la quantité utilisée entre par la gauche, heurte les aubes radiales 5’ les plus proches de l’orifice d’entrée 3 puis est transporté par la turbine 5 pour ressortir à droite au niveau de l’orifice de sortie 4. L’arbre de rotation 7 vertical et central de la turbine 5 (visible sur la figure 2a ou 2b) est monté et fixé de façon classique et habituelle, par exemple, à l’aide de paliers et/ou de moyens équivalents dans l’enceinte même du boîtier 2. En particulier, il est surmonté, coiffé et reçu par un élément de support qui sert également de logement du dispositif de mesure 6 du mouvement de ladite turbine 5 dont la constitution et le fonctionnement sont également connus en soi et qui ne nécessitent pas plus d’explications dans le cadre de la présente invention. Il suffit que ce dispositif de mesure 6 permette à l’utilisateur d’avoir un accès aux paramètres à mesurer et à régler du compteur 1 en question, par exemple grâce à un capteur optique classique et/ou un totalisateur conventionnel.

Comme on peut le voir clairement sur les figures 2a et 2b, on a juste représenté les éléments essentiels, à savoir l’arbre de rotation 7 d’une turbine classique 5 d’un compteur d’eau selon l’état de la technique. Celle-ci comporte une seule couronne munie ici de sept aubes ou pales identiques 5’. Leur forme, géométrie et dimensions sont donc les mêmes d’une aube 5’ à la suivante et elles sont toutes orientées dans le même sens de rotation, dans la mesure où la partie biseautée à l’extrémité de chaque aube 5’ est inclinée dans le même sens. L’eau qui frappe l’aube 5’ sur ce côté (ou face active) de l’aube 5’ fait donc tourner la couronne unique de la turbine 5 représentée aux figures 2a et 2b dans le sens horaire.

Comme on peut le voir clairement sur les figures 3a et 3b, on a, à l’instar des deux figures précédentes, également juste représenté l’arbre de rotation 7 d’une turbine 5 d’un compteur d’eau selon l’invention. Contrairement à la turbine 5 classique susvisée, celle-ci comporte deux couronnes 8, 9 superposées munies, ici à titre d’exemple, chacune de sept aubes ou pales identiques 8’, 8”, 8’”,... ; 9’, 9”, 9’”,... Leur forme, géométrie et dimensions sont donc, dans l’exemple illustratif représenté, les mêmes d’une aube 8’ à la suivante 8” de la première couronne 8 et d’une aube 9’ à la suivante 9” de la seconde couronne 9 et elles sont toutes orientées dans le même sens de rotation, dans la mesure où la partie biseautée à l’extrémité de chaque aube 8’, 8”, 8”’... ; 9’, 9”, 9’”... est inclinée dans le même sens. L’eau fait donc également tourner les deux couronnes 8, 9 de la turbine 5 représentée aux figures 3a et 3b dans le sens horaire.

Ainsi, conformément à la présente invention le compteur 1 qui est par ailleurs identique ou au moins similaire à celui de la figure 1, de préférence un compteur d’eau est donc caractérisé en ce qu’il comprend essentiellement un boîtier 2 muni d’un orifice d’entrée 3 et d’un orifice de sortie 4 de fluide, une turbine 5 à aubes radiales actionnée par le déplacement du fluide entre lesdits orifices d’entrée 3 et de sortie 4, ledit boîtier 2 étant en outre équipé d’un dispositif de mesure 6 du mouvement de ladite turbine 5, caractérisé en ce que ladite turbine 5 comporte, sur son arbre de rotation 7, deux étages successifs et superposés de couronnes 8, 9 d’aubes dont les aubes respectives 8’, 8”, 8’”... ; 9’, 9”, 9’”... sont chacune décalées d’un étage à l’autre, les deux couronnes d’aubes 8, 9 ayant le même sens de rotation, par exemple ici le sens horaire, c’est-à-dire celui des aiguilles d’une montre.

Comme on le voit sur la figure 3a, les aubes respectives 8’, 8”, 8’”... ; 9’, 9”, 9’”... sont chacune décalées et ne se superposent donc pas quand on regarde la turbine dans une direction qui est parallèle à l’axe de rotation 7. On peut même dire que lesdites aubes respectives 8’, 8”, 8’”... ; 9’, 9”, 9’”... sont disposées, dans cette vue, de façon alternée dans le sens de rotation, l’aube 8’ du premier étage étant, par exemple, immédiatement suivie de l’aube 9” du second étage, elle-même immédiatement suivie de l’aube 8” du premier étage qui est à son tour immédiatement suivie de l’aube 9’” du second étage et ainsi de suite. De façon préférée, l’écartement entre les aubes 8’, 8”, 8’”... ; 9’, 9”, 9’”... précitées qui se suivent ainsi est constant et égal à a/2.

Avantageusement, le compteur selon l’invention est encore caractérisé en ce que les aubes 8’, 8”, 8’”... ; 9’, 9”, 9”’... des deux couronnes 8, 9 sont toutes inclinées dans le même sens c’est-à-dire qu’elles favorisent le flux et l’entraînement du fluide qui les traverse, à la manière par exemple, d’un moulin à eau.

De préférence, les aubes 8’, 8”, 8”’... ; 9’, 9”, 9”’... d’une (même) couronne 8, 9 ont des faces actives, sur lesquelles s’applique ledit fluide, identiques, comme par exemple représenté sur la figure 3a. Bien entendu, la géométrie peut varier aussi bien dans la forme (courbure de surface plus ou moins marquée, bords arrondis ou droits, effilés ou pas, contour de surface de forme droite ou courbe, en forme d’ovale, d’ellipse...) que dans les dimensions (longueur, largeur, épaisseur) selon le type d’aube choisi. En tout cas, les aubes 8’, 8”, 8’”... ; 9’, 9”, 9’”... seront de préférence identiques entre elles sur une même couronne 8, 9, voire très peu différentes, par exemple de formes et dimensions générales similaires aves des courbures légèrement différentes, par exemple en forme de C ou de S plus ou moins ouverts, incurvés et/ou étirés.

Ainsi l’écartement qui sépare deux aubes 8’, 8”, 8’”... ; 9’, 9”, 9’”... voisines ou successives dans le même plan au niveau d’une même couronne 8, 9 est en tous points identique ou quasiment identique. Elles ont alors des points d’ancrages ou des bases d’ancrages uniformément réparties sur la périphérie externe de l’arbre de rotation, par exemple tous les 45° pour une couronne à huit aubes.

De façon encore plus préférée, le compteur 1 selon l’invention est caractérisé en ce que toutes les aubes 8’, 8”, 8’”... ; 9’, 9”, 9’”... des deux couronnes 8, 9 ont des faces actives identiques, leurs dos (ou surfaces non actives, c’est-à-dire sur lesquelles le fluide en mouvement ne vient pas directement exercer sa pression) pouvant être différents. Afin de ne pas créer de perturbations inutiles ou parasites dans l’écoulement du fluide, ses différences sont de préférence minimes voire nulles.

Ainsi, dans une variante simplifiée, les aubes 8’, 8”, 8’”... ; 9’, 9”, 9’”... d’une (même) couronne sont parfaitement identiques, par exemple réalisées sous la forme de pièces rapportées ou moulées fabriquées de façon standard en série ou de pièces usinées à la chaîne et produites en masse d’un seul bloc, notamment à l’aide d’installations robotisées programmables.

Toutes les aubes de la turbine sont alors identiques ce qui réduit les coûts de production et facilite éventuellement leurs positionnements entre elles.

Dans un mode de réalisation particulièrement simplifié, toutes les aubes 8’, 8”, 8’”... ; 9’, 9”, 9’”... des deux couronnes 8, 9 sont identiques. Un tel exemple est représenté sur les figures 3a et 3b. Les deux couronnes 8 et 9 sont donc identiques, s’aligneraient et se superposeraient parfaitement si elles étaient superposées dans le sens de la hauteur le long de l’arbre de rotation 7 de la turbine. De préférence, et comme suggéré sur la figure 3b, les couronnes 8 et 9 sont réalisées et positionnées sur ledit arbre de rotation 7 de telle sorte que lorsque toutes les aubes 8’, 8”, 8’”... ; 9’, 9”, 9’”... sont alignées et superposées, il n’existe pas ou quasiment pas d’espace vide ou d’interstice entre deux surfaces verticales d’aubes 8’, 8”, 8’”... ; 9’, 9”, 9’”... superposées. Ceci permet d’éviter les fuites ou perturbations de fluide lors de son écoulement.

Comme on le voit sur la figure 3b où il n’y a pas de jeu vertical entre les deux couronnes 8, 9 superposées, on a décalé l’une par rapport à l'autre jusqu’à un certain angle inférieur à l’angle formé entre deux aubes 8’, 8”, 8’”... ; 9’, 9”, 9’”...successives. Ce décalage peut être fixé de façon permanente (par exemple lors de la fabrication d’une pièce unique moulée) ou non. De préférence, on réalise un décalage d’un angle de a/2 entre les deux couronnes 8, 9, l’angle a étant celui qui peut être défini entre deux aubes 9’, 9” voisines (qui se suivent immédiatement) sur une même couronne 9, comme suggéré à la figure 3a. Autrement dit, d’une couronne 8 à l’autre 9, il existe toujours un angle de a/2 entre une aube 8’ et la suivante 9” ou par exemple entre l’aube 8” et la suivante 9’”, ou entre l’aube 9” et l’aube 8”, etc.

De façon particulièrement avantageuse, on trouve un bon compromis entre trop et trop peu d’aubes lorsque chaque couronne 8, 9 comprend entre cinq et dix aubes 8’, 8”, 8’”... ; 9’, 9”, 9’”..., de préférence sept aubes 8’, 8”, 8’”... ; 9’, 9”, 9’”... comme illustré aux figures 3a et 3b, les bornes précitées de cinq et dix étant incluses.

Comme évoqué plus haut, les points d’ancrage des aubes 8’, 8”, 8’”... ; 9’, 9”, 9’”... d’une couronne 8, 9, sur l’arbre de rotation 7 sont répartis de manière uniforme sur toute la périphérie dudit arbre de rotation. Dans le cas où l’aube 8’, 8”, 8”’... ; 9’, 9”, 9’”... est trop épaisse au niveau de sa fixation (cf. par ex. figure 3a ou 3b), on parlera plutôt de base ou contact d’ancrage, l’homme du métier sachant adapter, par analogie, l’enseignement relatif de l’un à l’autre.

Par analogie avec ce qui précède, un mode de réalisation particulièrement avantageux est caractérisé en ce que les points d’ancrage susvisés des aubes 8’, 8”, 8’”... ; 9’, 9”, 9’”... de chaque couronne 8, 9 sur l’arbre de rotation 7 sont répartis de manière uniforme sur toute la périphérie dudit arbre, lesdits points d’ancrage étant décalés d’une couronne à l’autre.

Selon une variante particulièrement intéressante, les aubes 8’, 8”, 8’”... ; 9’, 9”, 9’”... présentent des faces actives, sur lesquelles s’applique ledit fluide, qui présentent des portions de parois rectangulaires planes ou essentiellement planes et qui possèdent un bord libre vertical, parallèle à l’axe vertical de l’arbre de rotation 7, qui soit biseauté.

Dans l’exemple des figure 3a et 3b, on notera que le bord libre vertical, parallèle à l’axe vertical de l’arbre de rotation 7, des aubes 8’, 8”, 8’”... ; 9’, 9”, 9’”... de chaque couronne 8, 9 est biseauté du côté des surfaces actives sur lesquelles vient agir le fluide à mesurer. Un tel dessin est particulièrement simple, robuste et efficace.

Bien entendu, l’invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d’équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l’invention.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS

   1. Compteur (1), en particulier compteur de fluide, en particulier de liquides et de préférence d’eau, caractérisé eu ce qu’il comprend essentiellement un boîtier (2) muni d’un orifice d’entrée (3) et d’un orifice de sortie (4) de fluide, une turbine (5) à aubes radiales actionnée par le déplacement du fluide entre lesdits orifices d’entrée (3) et de sortie (4), ledit boîtier (2) étant en outre équipé d’un dispositif de mesure (6) du mouvement de ladite turbine (5), ladite turbine (5) comportant, sur son arbre de rotation (7), deux étages successifs et superposés de couronnes (8, 9) d’aubes dont les aubes respectives (8’, 8”, 8”’... ; 9’, 9”, 9”’...) sont chacune décalées d’un étage à l’autre, les deux couronnes d’aubes (8, 9) ayant le même sens de rotation, caractérisé en ce que les aubes (8’, 8”, 8’”.., ; 9’, 9”, 9’”...) d’une couronnes (8, 9) sont identiques et en ce que toutes les aubes (8’, 8”, 8’”... ; 9’, 9”, 9’”...) des deux couronnes (8, 9) sont identiques.
2. 2. Compteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les aubes (8’, 8”, 8”’... ; 9’, 9”, 9’”...) des deux couronnes (8, 9) sont toutes inclinées dans le même sens.
3. 3. Compteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les aubes (8’, 8”, 8’”... ; 9’, 9”, 9’”...) d’une couronne (8, 9) ont des faces actives, sur lesquelles s’applique ledit fluide, identiques.
4. 4. Compteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que toutes les aubes (8’, 8”, 8”’... ; 9’, 9”, 9”’...) des deux couronnes (8, 9) ont des faces actives identiques.
5. 5. Compteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque couronne (8, 9) comprend entre cinq et dix aubes (8’, 8”, 8’”... ; 9’, 9”, 9”’...), de préférence sept aubes (8’, 8”, 8”’...; 9’, 9”, 9”’...).
6. 6. Compteur selon i’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les points d’ancrage des aubes (8’, 8”, 8’”... ; 9’, 9”, 9”’...) d’une couronne (8, 9), sur l’arbre de rotation (7) sont répartis de manière uniforme sur toute la périphérie dudit arbre de rotation.
7. 7. Compteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les points d’ancrage des aubes (8’, 8”, 8’”... ; 9’, 9”, 9’”...) de chaque couronne (8, 9) sur l’arbre de rotation (7) sont répartis de manière uniforme sur toute la périphérie dudit arbre, les points d’ancrage étant décalés d’une couronne à l’autre.
8. 8. Compteur selon la revendication 7, caractérisé en les aubes (85, 8”, 8”’... ; 9’, 9”, 9’”...) présentent des faces actives, sur lesquelles s’applique ledit fluide, qui présentent des portions de parois rectangulaires planes ou essentiellement planes et en ce qu’elles possèdent un bord libre vertical, parallèle à l’axe vertical de l’arbre de rotation (7), qui soit biseauté.