Brevet FR2023897A1 — publié le 19700821

La présente invention concerne la mesure des débits de fluides et, en particulier, un débitmètre du type comportant un stator délimitant un passage d'écoulement pour un fluide, et une paire de rotors disposés dans ledit passage d'écoulement et qui sont espacés l'un de l'autre, lesdits rotors pouvant etre en tramés à différentes vitesses par le flux de fluide s'écoulant à travers ledit passage et étant reliés entre eux par des moyens d'accouplement élastiques exerçant une force de torsion de rap- pel augmentant avec la vitesse de déplacement angulaire relatif des deux dits rotors.Lorsque les rotors comprennent des moyens de reperde, on peut mesurer la vitesse de rotation de chaque rotor et le déplacement angulaire entre les rotors, ce qui permet de déduire mathématiquement le débit en volume du fluide. Dans ce cas, l'effet de torsion ou de décalage angulaire entre les deux rotors doit augmenter d'une manière linéaire avec la vitesse de rotation des rotors et ce caractère linéaire peut Btre obtenu approximativement au moyen d'un ressort hélicoïdal coaxial monté comme moyen d'accouplement élastique entre les deux rotors. Mais le coefficient d'élasticité de la matière du ressort varie en fonction de la température de manière que tout étalonna? du débitmètre ne soit valable que pour une gamme de températures limitée et le débitmètre doit être étalonné de nouveau ou est inutilisable à des températures très différentes. L'invention a pour objet de concevoir un débitmètre dudit type comprenant des moyens d'accouplement élastiques perfectionnés invariables sur une gamme de températures beaucoup plus large que celle couverte par l'accouplement à ressort. Dans le débitmètre selon l'invention, lesdits moyens d'accouplement élastiques comprennent des moyens magnétiques coopérants d'une meme polarité montés sur les rotors et qui sont disposés de manière à se repousser mutuellement. Avec des aimants permanents montés à des distances axiales égales sur chacun des deux rotors, le rapport torsion/déplacernent ne sera pas linéaire mais représentera une courbe ascendante, la torsion augmentant par exemple avec le carré de la vitesse de déplacement. Mais ceci peut facilement être pris en considération lors de l'étalonnage du débitmètre selon l'invention. Suivant un mode de réalisation préféré, chaque moyen magnétique supporté par l'un des rotors est situé à un niveau entre deux moyens magnétiques voisins espacés entre eux en direction angulaire et qui sont supportés par l'autre rotor et, dans ce cas, le premier dit élément magnétique tend à se maintenir dans une position angulaire entre les éléments de l'autre rotor et cette position est fonction des puissances des différents éléments magnétiques Ceci peut servir pour déterminer la position de repos des deux rotors.Avantageusement, les rotors comprennent plusieurs ensembles d'éléments magnétiques et, suivant un mode de réalisation préféré, chaque rotor comporte plusieurs éléments magnétiques distribués régulièrement en direction angulaire ou circonférentielle et, dans ce cas, chaque élément de l'un des rotors coopère avec deux éléments espacés de l'autre rotor. Le débitmètre selon lainvention présente de plus l'avantage que, lorsqu'il est soumis à des surcharges par chocs ou vibrations, les rotors puissent tourner librement l'un indépendamment de l'autre et reprennent ensuite automatiquement ladite position relative de mesure. Lorsqu'on applique une très importante surcharge qui détruirait l'accouplement par ressort de la technique antérieure, la force magnétique de répulsion est simplement vaincue et les deux rotors peuvent pivoter ou tourner l'un par rapport à l'autre, grâce à des inclinaisons différentes de leurs ailettes, jusqu'à ce que la surcharge diminue et qu'ensuite les rotors reprennent leur position de mesure. 3'autres réalisations et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, en se référant aux dessins annexés montrant, à titre d'exemple, un mode de réalisation d'un débitmètre volumétrique comprenant un accouplement magnétique selon l'invention. Sur ces dessins Fig. 1 est une vue en coupe axiale du débitmètre selon l'invention, Fig. 2 est une vue en élévation frontale d'un rotor du débitmètre selon l'invention, Fig. 3 est une vue en perspective de deux rotors espacés l'un de l'autre, Fig. 4 montre le développement linéaire d'une partie de la circonférence des deux dits rotors, et Fig. 5 est un graphiaue montrant les résultats obtenus au moyen du débitmètre selon l'invention. Le débitmètre représenté aux figures 1 à 3 comprend un stator 1 constitué d'un élément extérieur 2 dans lequel sont vissés deux éléments intérieurs 3 et 4 présentant des filetages 5 pour le branchement de conduits (non représentés) pour le trains port d'un fluide. Chaque élément 3 et 4 présente un alésage 6 d'un meme diamètre et, entre les extrémités voisines des éléments 3 et 4, est ménagé un espace libre annulaire 7 constituant un coussinet à fluide.Entre ledit élément extérieur 2 et les éléments intérieurs 3 et 4, est ménagée une chambre annulaire 8 dans laquelle est logé un ensemble d'éléments annulaires 9, 10 et 11 dont les surfaces axiales intérieures constituent la surface circonférentielle extérieure du coussinet 7 L'élément extérieur 2 comprend un canal d'alimentation 12 communiquant avec une chambre annulaire 13 à partir de laquelle un fluide sous pression s'écoule à travers des orifices 14 dans ledit coussinet. De plus, l'élément extérieur 2 présente une paire de canaux 15 pour le passage de lignes électriques 16 de deux détecteurs magnétiques 17 dont les extrémités s'étendent au niveau de la circonférence intérieure du coussinet 7. Les lignes électriques 16 sont reliées à une borne 18 comprenant un élément de branchement convenable 19. Dans le coussinet annulaire 7 sont logés deux rotors annulaires 20 et 21 à section sensiblement en "U" et qui comportent une ou plusieurs ailettes 22 coopérant avec le fluide s'écoulant à travers le débitmètre. Un coussinet de butée est ménagé entre la surface extérieure latérale de chaque rotor et la surface radiale voisine des éléments intérieurs 3 et 4. Un coussinet axial est ménagé entre la circonférence extérieure de chaque rotor et la circonférence intérieure de l'espace libre 7o Un coussinet de butée est également ménagé entre les surfaces radiales voisines des deux rotors et les rotors sont ainsi supportés en direction axiale et radiale par des coussinets à fluide. Le fluide pour l'alimentation de ces coussinets est dévié à partir du flux pénétrant dans ladite chambre 13 et s'écoule vers l'intérieur, à travers lesdits orifices 14. La figure 2 est une vue en élévation frontale d'un rotor montrant la disposition d'une série d'aimants 23 montés sur ce rotor. Les deux rotors sont d'une merle construction. La surface extérieure de chaque rotor est fermée. Dans cette surface sont pratiqués des trous axiaux espacés régulièrement et des aimants à section ronde d'une même polarité sont engagés dans ces trous. En absence de toute force extérieure, les deux rotors tendent à prendre une position angulaire relative dans laquelle les aimants de l'un des rotors sont disposés symétriquement entre les aimants de l'autre rotor (figure 3). Les deux rotors comprennent, de plus, d'autres aimants ou éléments en métal magnétique 24 insérés à des distances égales dans leurs surfaces périphériques et qui coopèrent avec lesdits détecteurs. A l'aide d'un circuit électronique quelconque convenable, on peut comparer les signaux fournis par les deux rotors en ce qui concerne leur apparence dans le temps par rapport à un temps de base et ceci par exemple au moyen d'un oscilloscope. L'intervalle entre le signal du rotor aval et le signal du rotor amont est fonction du produit de la vitesse de débit de fluide et de la vitesse de débit en masse.Les rotors tournent à une vitesse proportionnelle à la vitesse d'écoulement du fluide mesurée également en fonction dudit temps de base La figure 4 montre l'enveloppe des rotors dans une position déroulée et dans la position de repos des rotors sans décalage angulaire, les forces magnétiques de répulsion étant indiquées par des flèches. L'attraction magnétique ne peut pas Entre utilisée efficacement parce que la force exercée entre deux éléments magnétiques montés en position d'attraction sur les rotors atteint une force maximale à un décalage angulaire égal à zéro et décroît lorsque le décalage augmente jusqu'à ce que les deux rotors soient séparés l'un de l'autre. De plus, la force d'attraction tendra à relier les surfaces des rotors entre elles et empêchera ainsi la rotation libre de chaque rotor individuel. La figure 5 montre le rapport torsion/vitesse de déplacement 31 obtenu avec des forces magnétiques selon l'invention en comparaison avec le rapport linéaire recherché 30. En 32 est indiqué le point de l'équilibre magnétique. Bien entendu, Irinvention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté, on pourra y apporter de nombreuses modifications de détails, sans sortir, pour cela, du cadre de l'invention R E V > N D I C A T I 0 N S R E V E N D I C A T I O N S 10 - Débitmètre du type comportant un stator délimitant un passage d'écoulement pour un fluide et une paire de rotors disposés dans ledit passage d'écoulement et qui sont espacés l'un de l'autre, lesdits rotors pouvant & re entraînés à différentes vitesses par le flux de fluide s'écoulant à travers ledit passage et étant reliés entre eux par des moyens d'accouplement élastiques exerçant une force-de torsion de rappel augmentant avec la vitesse de déplacement angulaire relatif des deux dits rotors, caractérisé en ce que lesdits moyens d'accouplement élastiques comprennent des moyens magnétiques coopérants d'une meme polarité montés sur les rotors et qui sont disposés de manière à se repousser mutuellement. 20 - Débitmètre suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque moyen magnétique supporté par l'un des rotors est situé à un niveau entre deux moyens magnétiques voisins espacés entre eux en direction angulaire et qui sont supportés par l'autre rotor 30 - Débitmètre suivant la revendication 2, caractérisé en ce que chaque rotor comporte plusieurs éléments magnétiques distribués régulièrement en direction angulaire ou circonférentielle.