Brevet FR2214111A1 — publié le 19740809

La présente invention concerne un débitmètre, c'est-à-dire un appareil servant à la mesure de débits gazeux ou liquides La mesure des débits est dtune grande importance dans l'étude et le contre de la ventilation destunnels et autres galeries, et notamment pour les tunnels routiers. Pour réaliser cette mesure commodément, rapidement et avec précision, il faut disposer d'un appareil adapté à la mesure des débits sortant par les bouches de soufflage servant à la distribution d'air frais dans les tunnels, Actuellement, uz tel appareil n'existe pas, et lion doit employer la méthode du quadrillage à l'anémomètre classique, qui donne une précision de l'ordre de 10 à 15 %. La présente invention vise à pallier cette lacuneO le débitmètre qu'elle concerne est composé dune tuyère convergente-divergente, c'est-å-dire comportant une partie convergente et une partie divergente reliées par une partie étroite ou col, dont la partie convergente est apte à entre appliquée sur ltouverture où l'on désire mesurer un débit, dont le col comporte une hélice rotative autour d'un axe longitudinal associée à des moyens de mesure de sa vitesse, et dont la partie divergente comporte une ouverture de section réglable, des moyens étant prévus pour comparer la pression statique à l'entrée de la partie convergente avec la pression extérieure, et permettre d'effectuer la mesure sans perturber le débit normal en égalisant ces deux pressions par réglage de l'ouverture de la partie divergente0 L'hélice est entratnée par le jet sortant de la bouche de soufflage sur laquelle Il appareil est appliqué, Elle a pour fonction d'intégrer le profil irrégulier des vitesses, résultant du Jet très souvent fortement perturbé à la sortie des bouches. Suivant une autre caractéristique de l'inventions l'hélice rotative comporte des pales d'inclinaison réglable, ce qui permet un pré-réglage de l'appareilv De préférence, les moyens de mesure de la vitesse de l'hélice comportent un compte-tours étalonné directement en unités de débit.La vitesse de rotation de l'hélice est en fait liée de façon pratiquément linéaire au débit; une fois que la vitesse de rotation de l'hélice est mesurée, on connatt le débit à un coefficient constant près, donné par étalonnageO Dans une variante, le compte-tours peut aussi titre étalonné de façon à indiquer la vitesse moyenne de la veine de fluide passant par 1 'appareil6 Dans une forme particulière d'exécution de l'invention, les moyens de réglage de llouverture de la partie divergente se composent de deux volets articulés situés de part et d'autre de cette ouverture0 le réglage se fait en rapprochant ou en éloignant l'un de l'autre, de façon symétrique ces deux volets, jusqu'à ce que la pression statique à l'entrée dé la partie convergente soit égale à la pression extérieure. Avantageusement, les moyens de comparaison de ces deux pressions sont constitués par un tube manométrique présenté à l'entrée de la partie convergente et communiquant avec cette dernière6 On obtient ainsi que lténergie disponible à la sortie de la bouche compense exactement lténergie dissipée dans l'appareilO Autrement dits on rend la perte de charge totale dans l'appareil, c'est-à-dire la somme des pertes internes et de la pression dynamique moyenne de sortie, égale à la pression dynamique moyenne du jet de sortie de la bouehe, de façon à ne pas modifier le phénomène mesuré, la présence de l'appareil ne devant entratner aucune modification du débit dans la bouche De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme dtexécution de ce débitmètre6 Figure 1 est une vue d'ensemble de l'appareils en coupe longitudinale ;; Figure 2 est une vue de détail à échelle agrandie, montrant les moyens de comparaison des pressions Figure 3 est une vue en bout de l'appareil, montrant son ouverture de sortie0 Outre son support qui n'est pas représenté, l'appareil se compose principalement d'une tuyère convergente-divergente 2, d'une hélice-rotative 3 et de moyens de mesure de la vitesse de rotation de cette hélice0 La tuyère 2 comprend une partie convergente 4, ou conver- gent", et une partie divergente 2 ou "divergentt, encadrant une partie étroite ou col 60 Le convergent ou collecteur 4 a une forme et des dimensions adaptées à celles de la bouche de soufflage à testera Son entrée 7 doit s'adapter sur l'ouverture 8 où l'on désire mesurer un débit, le col 6 est suffisamment long pour que l'he'lice 3 et un capteur de vitesse 2 puissent y entre logés. Le divergent ou diffuseur 5 comporte une ouverture de sortie 10 de section réglable0 les moyens de réglage de cette ouverture se composent de deux volets 12 et 13 disposés symétriquement de part et d'autre de l'ouverture 10. Ces volets sont articulés autour da'deux axes respectifs 14 et 15 situés dans la partie centrale du divergent 5 ; leurs extrémités libres délimitent l'ouverture de sortie 100 L'hélice 3 est constituée d'un moyeu supportant huit à dix pales de bonne qualité aéraulique ; ces pales peuvent titre calées avec une inclinaison réglable0 le capteur de vitesse 2 est du type magnétique, et il comporte une roue polaire calée sur l'arbre de l'hélice Zo L'ensemble hélice-capteur est supporté par des bras radiaux 16. le capteur de vitesse 9 est relié par un fil 17 à un indicateur à aiguille 18 placé à 11 extérieur de la tuyère 2. Ces moyens de mesure de la vitesse peuvent titre constitués par un simple compte-tours donnant la vitesse de rotation en tours par minute. De préférence, ce compte-tours-est cependnt étalonné directement en unités de débit, c'est-à-dire en litres par seconde ou en m3 par secondez Enfin des moyens sont prévus pour comparer la pression statique à l'entrée 7 du convergent avec la pression extérieure. Ces moyens de comparaison sont constitués par un tube manométrie que 19 en U présenté-à l'entrée 7 du convergent, et dont une branche 19a communique avec cette dernière, tandis que l'autre branche 19b est en relation avec l'extérieur. la mise au point de 1' appareil est effectuée sur une plateforme d'essais, avec une bouche de soufflage du type de celles dont on désire mesurer ultérieurement le débit. le jet d'air est indiqué par une flèche 20 Le débit d'alimentation de la bouche est mesuré par un moyen classique suffisamment précis, et les conditions de fonctionnement de la bouche sont analogues à celles de l'installation réelle ; il est même possible de simuler à volonté les perturbations provoquées à l'entrée de la bouche par son dispositif de réglage, ou par les imperfections de montage, telles que les coulées de butons le mauvais alignement des éléments constitutifs de la bouche, etc00. Le réglage de l'appareil est effectué en deux étapes, Dans un premier temps, l'appareil est appliqué contre l'ouverture de sortie 8 de la bouche, le divergent 5 étant ouvert au maximum. Le calage des pales de l'hélice fi est alors réglé jusqu'à ce que le tube manométrique 19 indique une légère dépression à l'intérieur0 Dans un deuxième temps, cette légère dépression est annulée par la réduction de la section de sortie du divergent , obtenue en rapprochant 11un de l'autre, et symétriquement, les volets de réglage 12 et 13O L'appareil étant ainsi réglé, le couple de valeurs "débit" et "valeur lue sur l'indicateur 18" constitue un point d'étalonnage, Cet étalonnage est pratiqué pour un certain nombre de points couvrant l'étendue de mesure désirée, sans changer le réglage mais en vérifiant pour chacun la pression statique à l'entrée du convergent. L'epérience montre d'ailleurs que le réglage de la section de sortie peut rester le même pour l'étendue de mesure généralement nécessaire. Quand l'étalonnage est achevé, l'appareil est prêt à titre utilisé à la mesure des débits sortant par des.bouches d'un type correspondant à celui de la bouche ayant servi aux essais L'appareil est évidemment très commode dans le cas où on doit mesurer le débit d'un grand nombre de bouches identiques, ce qui est le cas des installations de ventilation des tunnels, Une mesure dure alors seulement quelques secondes, tout en donnant une précision de l'ordre de 5 %, nettement supérieure à celle de 10 à 15 % généralement admise pour la méthode classique du quadrillage à l'anémomètre0 L'appareil permet donc un contrtle rapide et précis des installations de ventilation dans les tunnels routiers avant leur mise en service, ainsi qu'au cours de leur exploitation0 Pour donner une idée des possibilités de ltappargils une équipe de trois personnes peut, avec cet appareil, tester, en une heure, une galerie d'environ I 500 m de longueur comprenant approximati vexent 150 bouches de soufflage0 Grâce à ceXaeumesure rapide et précise, ce débitmètre permet le réglage de/bouhe pour obtenir un soufflage uniforme sur toute la longueur d'une galerie. Bien entendu, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce débitmètre qui a été décrite ci-dessus à titre d'exemple non limitatif dans le cas d'une application particulière ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application. - REVENDICADI0NS 10 - Débitmètre, caractérisé en ce qu'il est composé dlune tuyère convergente-divergente, c1 est-à-dire comportant une partie convergente et une partie divergente reliées par une partie étroite ou col, dont la partie convergente est apte à titre appliquée sur l'ouverture où l'on désire mesurer un débit, dont le col comporte une hélice rotative autour dlun axe longitudinal, associée à des moyens de mesure de sa vitesse, et dont la partie divergente comporte une ouverture de section réglable, des moyens étant prévus pour comparer la pression statique à l'entrée de la partie convergente avec la pression extérieure, et permettre d'effctuer la mesure sans perturber le débit normal en égalisant ces deux pressions par réglage de l'ouverture de la partie divergente 20 - Débitmètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que 12hélice rotative comporte des pales d'inclinaison réglable. 3o N Débitmètre selon l'une quelconque des revendications n et 2 caractérisé en ce que les moyens de mesure de sa vitesse comportent un compte-tours étalonné directement en unités de débit6 4O - Débitmètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de réglage de l'ouverture de la partie divergente se composent de deux volets articulés situés de part et d'autre de cette ouverture6 5. - Débitmètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de. comparaison de la pression statique à l'entrée de la partie convergente avec la pression extérieure sont constitués par un tube manométrique présenté à 1'cintrée de la partie convergente et communiquant avec cette dernières