Brevet FR2005512A1 — publié le 19691212

i 2005512 If'invention concerne un débitmètre à turbine perfectionné. Divers .Brevets publiés aux E.U.A., et en particulier les Brevets F° 2.709-755, 3-.23B.776 et 3.248.943, concer-5 nent des débitmètres à turbine. La caractéristique commune à tous les débitmètres de ce type est de comporter un rotor muni d'une couronne d'ailettes et placé dans un courant de fluide, la vitesse de rotation de ce rotor étant mesurée soit par un dispositif électromagnétique, soit par la détection de rayons pé-10 riodiquement occultés (Brevet des E.U.A. N° 3.306.105), soit par tout autre dispositif de détection approprié sensible à la vitesse de rotation du rotor. Les principales difficultés à vaincre pour la réalisation d'un débitmètre ç. turbine capable de mesurer avec effi-15 cacité et précision des débits de fluide variables sont celles provenant de l'inertie propre du rotor et du freinage qu'il subit du fait des frottements visqueux de ses ailettes sur le fluide passant. Si l'on arrive à vaincre ces difficultés, il est alors possible de profiter des avantages économiques que pré-20 sente la fabrication des débitmètres à turbine en raison de la simplicité de leur construction en comparaison de celle des compteurs volumétriques. La présente invention concerne un dispositif d'équilibrage du rotor d'un débitmètre à turbine dans lequel la pres-25 sion maximale disponible du fluide passant est utilisée en vue d'obtenir sur des fluides à faible viscosité des mesures de débit plus précises et s'étendant sur un large intervalle de valeurs, du fait que le dispositif maintenant le rotor en équilibre en direction axiale réagit rapidement à toute variation 30 du débit pour mettre à nouveau le rotor en position d'équilibre. Les orifices d'équilibrage du rotor, aussi bien à l'amont qu'à l'aval de celui-ci, sont situés dans la zone de la veine fluide dans laquelle la vitesse est la plus forte. De la sorte, le dispositif d'équilibrage du rotor répond rapidement à toute varia-35 tion du débit, même légère, et fait rétablir presque immédiatement le rotor sur sa position d équilibre pour laquelle il fournit des mesures correctes. Le débitmètre à turbine de la présente invention 69 09991 2 2005512 comporte deux blindages de montage de rotor identiques, à pointe ogivale, moulés, et logés concentriquement dans un carter tubu-laire cylindrique conçu pour être relié à une tuyauterie dans laquelle circule un fluide. Chacun de ces blindages est maintenu 5 en position par une pluralité d'aubes fixes radiales qui en font partie intégrante et qui sont elles-mêmes supportées par la paroi intérieure du carter cylindrique de l'appareil. Chacun de ces blindages forme une chambre à fluide axiale et, à proximité de son extrémité intérieure adjacente du blindage de montage 10 opposé,présente un moyeu d'une seule pièce avec le blindage pour supporter un arbre de rotor. Cet arbre qui est fixe, est suspendu entre les deux supports d'arbre adjacents. L'espacement nécessaire entre les deux blindages opposés du rotor est maintenu par des épaulements annulaires prévus à cet effet sur la surface 15 intérieure du carter tubulaire contre lesquels les bords les plus extérieurs des aubes des blindages de rotor opposés sont maintenus appliqués par l'arbre du rotor. Ce rotor comporte un. moyeu central entouré d'une couronne d'ailettes périphériques hélicoïdales, et tourne sur son axe fixe entre les blindages 20 de montage opposés amont et aval. Chacune des aubes du blindage de montage amont du rotor est munie d'un passage de fluide entre la zone dans laquelle la vitesse de ce fluide en amont est maximale et la chambre de pression intérieure amont du blindage de montage.de rotor. 25 Chacun de ces passages a une extrémité d'entrée située au milieu du bord amont de l'aube et s'étend en diagonale en direction de la chambre de pression à l'intérieur du blindage. Les aubes de support du blindage de montage aval du rotor sont aussi percées de passages diagonaux qui ont des en-30 trées situées au milieu du bord amont de 1'aube qui les porte et qui s1 étendent en diagonale pour venir déboucher dans la chambre intérieure du blindage de montage de rotor aval. Si désiré, chacune des aubes de ce support peut être percée de plusieurs passages diagonaux de façon que la contre-pression dirigée vers 35 l'amont et appliquée sur le moyeu du rotor soit suffisante pour contrebalancer la poussée vers l'aval supplémentaire créée sur ce moyeu par l'action sur les ailettes du rotor du fluide traversant l'appareil. 69 09991 3 2 0t) 5512 La description qui va suivre, et le dessin annexé donné surtout à titre d'exemple non limitatif, feront mieux comprendre comment la présente invention peut être réalisée. Sur le dessin annexé : 5 - la figure 1 est une vue en élévation avec arrache ments et coupe axiale partielle du débitmètre à turbine de l'invention ; - la figure 2 est une coupe transversale faite suivant le plan 2-2 de la figure 1 et montrant les aubes de ce 10 support et les ailettes du rotor et - la figure 3 est une coupe transversale faite suivant le plan 3-3 de la figure 1 et montrant les aubes du support aval du rotor. Le dessin annexé représente un débitmètre à turbine 1 15 comprenant une enveloppe tubulaire cylindrique 2 entourant et soutenant un support amont 5 et un support aval 4- du rotor. Ces supports maintiennent conjointement un rotor 5 en position. Un appareil détecteur 6, de tout type approprié connu, est placé dans le plan du rotor 5 sur l'extérieur de l'enveloppe tubulaire 20 2 et perçoit et enregistre le débit du fluide traversant ce rotor. Le support de rotor amont 3 comporte une pluralité d'aubes radiales 7 qui supportent son corps 8 dont l'axe est aligné sur celui de l'enveloppe tubulaire 2 de l'appareil. Ce 25 corps 8 du support comporte une partie ogivale avant 9 et. une partie cylindrique arrière 10 délimitant une chambre de pression centrale 11, porte un orifice aval 12 et forme un support 13 soutenant un axe de rotor et qui s'étend entre l'extrémité aval de sa partie cylindrique 10 et le centre de l'orifice de 30 sortie 12 de la chambre 11. Les aubes radiales 7 du support de rotor sont percées d'une pluralité de conduits 14-, de direction diagonale et mettant en communication la chambre de pression intérieure 11 du support de rotor avec le conduit de passage annulaire du fluide 35 15, délimité par l'enveloppe tubulaire de-1'appareil et le corps 8 de ce support. Le bord amont 16 de chacune des aubes radiales 7 est percé d*"au moins un orifice d'entrée 17 d'un conduit 14 placé environ à mi-distance entre le corps du support 8 et la 69 09991 4 ,2005512 paroi intérieure 18 de 11 enveloppe tubulaire d. Tous ces orifices d'entrée 17 sont par conséquent situés dans la zone de la veine liquide dans laquelle la pression cinétique due à la vitesse du liquide est maximale, et les conduits f4 transmet-5 tent directement cette pression maximale dans la chambre 11 et, par suite, sur l'orifice de sortie aval 12 de cette chambre. Le nez y du support 8 est percé d'un orifice d'accès axial et taraudé 19 qui est normalement obturé par une vis 20. Cet orifice 19 permet d'accéder au rotor 5 pour en effectuer 10 le montage ou le démontage. Le support 13 de l'axe du rotor est percé d'un trou axial 21 dans lequel est logée l'une des extrémités de l'axe 22 du rotor. Un écrou 23 se vissant sur cette extrémité de l'axe 22 du rotor maintient cet axe en position dans son support 13* Une butée axiale 24- est logée dans un évi-15 dement annulaire 25 prévu sur l'extrémité aval du trou ayial 21 et entourant l'arbre 22 du rotor. Une couronne déflectrice 26, placée immédiatement sur l'aval des aubes radiales 7 et dont la surface intérieure 27 est tronconique, dirige le fluide arrivant vers la couronne d'ailettes 28 du rotor 5« 20 Ces ailettes 2b sont, ainsi qu'on le voit mieux sur la figure 8, hélicoïdales, minces et partent toutes d'un moyeu central 29 percé en son centre d'un aléaage 30 dans lequel passe l'axe 22 sur lequel tourne le rotor 5. Deux douilles de portée, 31 et 32, entourent l'axe 22 et assurent que la rotation du 25 rotor s'effectue pratiquement sans frottements. Une couronne cylindrique extérieure 33 réunissant les extrémités extérieures des ailettes 28 du rotor 5 contribuent à la rigidité nécessaire de celui-ci. L'extrémité aval de l'axe du rotor est maintenue dans 30 un support d'axe arrière ;?4 similaire à son support avant 13. Les autres parties du support de rotor aval 4- sont similaires à celles du support de rotor amont 3. Ce support aval 34 est placé de façon que son nez 35 soit dirigé vers l'aval et que l'orifice 36 de sa chambre de pression 37 s'ouvre sur l'amont 35 en face de l'orifice aval 12, le moyeu 29 du rotor 5 étant ainsi supporté par son arbre 22 entre ces deux orifices. Le bord avant 39 de chaque aube radiale 38 du support de rotor aval 4 est percé d'un ou de plusieurs orifices d'entrée 69 09991 5 2005512 4-0 permettant au fluide circulant dans le conduit annulaire 15 de pénétrer par des conduits 4-1 dirigés en diagonale dans la chambre de pression 4-2 délimitée par la paroi 4-3 du support de rotor aval 4-4. Il est désirable de prévoir plusieurs conduits 5 4-1 dans chacune des aubes 3 8 ou, au moins, de donner à ces conduits un diamètre plus grand que celui des conduits 14- percés dans les aubes amont 7 de façon à compenser la force axiale appliquée sur le rotor par le fluide qui vient frapper ses ailettes 28. Ce fluide pénètre dans la chambre 4-2 par des passages 10 41 et fournit une pression d'équilibrage qui s'applique sur la face aval du moyeu 29 du rotor. Une butée axiale 45, similaire à la butée axiale 24, est logée dans un évidement annulaire 46 entourant le trou central 4-7 du support d'axe de rotor 34-. Un écrou 4-8 semblable à l'écrou 23 se visse sur l'extrémité aval 15 filetée de l'axe 22 du rotor. Un orifice d'accès 49 et une vis 50 obturant cet orifice, respectivement semblables à l'orifice 21 et à la vis 20 déjà décrits sont prévus sur le nez 35 du support aval du rotor. Les jeux 51 et 52 existant respectivement en marche 20 normale entre les faces d'extrémité voisines des supports de rotor amont et aval 3 et 4 d'une part et les deux faces opposées du moyeu 29 du rotor d'autre part, sont prévus très faibles du fait que, aussi bien sur l'amont que sur l'aval du rotor 5, la pression maximale du fluide est utilisée pour l'équilibrage de 25 ce rotor. De plus, du fait que ces pressions d'équilibrage sont élevées, le dispositif d'équilibrage du rotor est extrêmement sensible et rétablit très rapidement l'équilibre du rotor à chaque variation du débit. Le débitmètre de cette invention est, par conséquent, plus précis pour la mesure des débits de liquides 30 à faible densité, des débits d'essence de pétrole par exemple. Des supports amont et aval du rotor ont une forme ogivale identique et peuvent être coulés dans le même moule. La seule différence entre un support de rotor amont et un support de rotor aval réside en la position des conduits diagonaux percés 35 dans leurs aubes. L'invention prévoit aussi que des conduits diagonaux 14 et 41 peuvent être percés perpendiculairement les uns aux autres dans toutes les aubes des supports de rotor, des dispositifs obturateurs appropriés étant prévus pour ces conduits 69 09991 6 2005512 et permettant ainsi de réaliser un débitmètre à circulation de fluide réversible. Le débitmètre de la présente invention est de construction relativement simple, fournit des mesures précises et con-5 vient particulièrement à la mesure des débits de liquides de faible densité tels que les essences de pétrole. Sa fabrication est simple et économique et son montage relativement.aisé. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, mais s'étend à toutes les va-10 riantes conformes à son esprit. 69 09991 7 2005512 - REVENDICATIONS -1.- Débitmètre à turbine comportant en combinaison une enveloppe tubulaire constituant un conduit de passage d'un fluide et un rotor de turbine dont le moyeu tourne sur un axe 5 de rotor placé axialement dans ladite enveloppe tubulaire, ce rotor étant muni d'une couronne d'ailettes radiales périphériques partant dudit moyeu, et tournant sous l'action du débit de fluide passant dans ladite enveloppe tubulaire ; ce débitmètre étant caractérisé en ce que le rotor et son axe sont maintenus 10 en position par un premier support coaxial avec l'enveloppe tubulaire de l'appareil et dirigeant le fluide arrivant vers la couronne d'ailettes radiales périphériques du rotor en raison de sa forme extérieure ogivale profilée, ce premier support du rotor formant intérieurement un support soutenant l'une des 15 extrémités de l'axe du rotor, et formant une chambre centrale de pression s'ouvrant sur son extrémité de plus grand diamètre par un large orifice faisant face au moyeu du rotor ; un deuxième support de rotor étant logé coaxialement aussi dans l'enveloppe tubulaire de l'appareil et formant intérieurement un support 20 soutenant l'autre extrémité de l'axe du rotor, ce deuxième support du rotor étant séparé du premier par une distance égale à l'épaisseur du moyeu du rotor augmentée d'un léger jeu destiné à permettre au rotor de tourner librement sur son axe entre son premier et son deuxième support, le deuxième support du rotor 25 ayant aussi une forme extérieure ogivale profilée et formant aussi une chambre de pression centrale débouchant par un large orifice sur l'extrémité de plus grand diamètre de ce support et face au moyeu du rotor ; chacun de ces supports de rotor étant muni d'une couronne d'aubes radiales présentant chacune un 30 bord amont, dont les extrémités extérieures s'appliquent contre la paroi intérieure de l'enveloppe tubulaire de l'appareil et qui supportent ainsi coaxialement à l'intérieur de ladite enveloppe tubulaire les deux supports de rotor, lesquels, en coopération avec cette enveloppe tubulaire, définissent un conduit 35 de passage annulaire forçant le fluide circulant à passer entre les ailettes du rotor ; et des conduits de passage du fluide s'étendant en direction diagonale et vers l'intérieur à partir de la partie médiane de chacun des bords aval desdites aubes et 69 09991 8 2005512 débouchant respectivement dans la chambre de pression centrale du support de rotor dont elles sont solidaires, de façon à créer sur chacune des faces opposées du rotor des pressions d'équilibrage qui maintiennent, en cours normal d'opération et par effet 5 dynamique, le rotor en position correcte entre son premier et son deuxième support. 2.- Débitmètre selon la revendication 1 dans lequel les conduits de passage du fluide percés dans les aubes du support de rotor aval ont un diamètre plus grand que ceux percés 10 dans l'es aubes du support de rotor amont de façon à créer une force d'équilibrage supplémentaire contrebalançant la poussée axiale exercée sur le rotor par le fluide venant frapper ses ailettes. 3.- Débitmètre selon la revendication 1 et comportant 15 en outre une couronne déviatriçe appliquée contré la surface intérieure de l'enveloppe tubulaire. de l'appareil et dirigeant vers les ailettes du rotor les filets de fluide circulant contre cette surface intérieure. 4.- Débitmètre selon la revendication 1 dont l'enve-20 loppe tubulaire porte sur sa surface intérieure des dispositifs d'espacement venant en contact avec les supports du rotor et maintenant les surfaces d'extrémité de ces supports qui sont tournées l'une vers l'autre à distance appropriée l'une de 1'autre. 25 5.- Débitmètre selon la revendication 1 dans lequel les extrémités d'entrée des conduits de passage de fluide percés dans les aubes des supports du rotor sont situées dans la zone de la veine fluide où la vitesse est maximale en vue d'obtenir sur les faces du moyeu du rotor les pressions d'équilibrage ma-30 ximales possibles; t>.— Débitmètre selon la revendication 1 dans lequel l'extrémité pointue de chacun des supports de forme ogivale du rotor est percée d'un trou axial taraudé donnant accès à la chambre de pression du support de rotor considéré, ce trou étant 35 normalement obturé par une vis dont la forme, arrondie de la tête se raccorde avêc la forme ogivale du nez du support de rotor. 7.- Débitmètre selon la revendication 1 dont le premier et le deuxième support de rotor ont une forme identique en vue d'en faciliter la fabrication. 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