Brevet FR2253203A1 — publié le 19750627

La présente invention est relative à un débitmètre tubulaire à rotation qui comporte au moins un capteur mesurant la rotation secondaire du coeur de tourbillon du fluide en écoulement et un dispositif de rotation placé à l'intérieur du tube de mesure, en amont du capteur et servant à engendrer la rotation secondaire. Par le brevet suisse no 453 752, il est connu d'imprimer un état tourbillonnant au fluide- qui s' écoule à travers le tube de mesure, de mettre en précession le fluide tourbillonnant et de mesurer la fréquence de rotation, ainsi que l'amplitude du mouvement de précession. A cet effet, le débitmètre à rotation est notamment muni des éléments décrits ci-dessus. Comme dispositif de rotation, on indique dans le brevet cité des pales disposées dans la première partie du tube de mesure ou encore des filets ou nervures prévues dans cette partie de l'intérieur du tube. Ces nervures ou filets doivent arriver jusqu'à l'axe du tube de mesure ou à proximité de cet axe, pour engendrer un écoulement tourbillonnant efficace. On connaît d'autres débitmètre à rotation fonctionnant selon le même principe, mais avec des moyens supplémentaires, par exemple selon le brevet allemand nO 1 904 435. Ce principe de mesure est basé sur cette idée qutentre une fréquence de tourbillonnement engendrée par un dispositif de rotation et le débit qui traverse le tube de mesure, il existe une relation linéaire suffisamment exacte, la structure géométrique du dispositif de rotation et la vitesse d'écoulement qui en résulte permettant de déterminer la linéarité. I1 est cependant apparu que la linéarité est encore influencée par le nombre de Reynolds du fluide à mesurer. Par suite, les débitmètres à rotation ne présentent une linéarité suffisante pour un instrument de mesure que dans une gamme déterminée de nombres de Reynolds qui est limitée à peu près entre 1 : 20 et 1 : 30, donc relativement restreinte. Si l'on mesure, à l'aide alun débitmètre à rotation étalonné avec un fluide qui a un nombre de Reynolds déterminé, un fluide dont le nombre de EeynoLds sort de la gamme mentionnée, il peut se produire des écarts atteignant 10 % du débit effectif.Cet écart est causé par la variation de l'épaisseur de la couche limite en fonction du nombre de Reynolds. A mesure que le nombre de Reynolds augmente, la couche limite est détruite, ce qui cause obligatoirement une erreur en moins du débitmètre, par augmentation de la section de mesure parcourue activement. L'invention a pour but d'augmenter la gamme de mesure qui peut être étalonnée dans les débitmètres à rotation. Selon l'invention, on propose donc de faire en sorte que l'épaisseur de la couche limite, et en corrélation la section de mesure parcourue activement, soient soustraites totalement ou à peu près à l'influence du nombre de Reynolds et l'invention réside dans le fait que sur la totalité ou une partie de la paroi intérieure du tube de mesure, dans la région qui va du dispositif de rotation jusqu' au capteur ou jusqu'à un point situé juste en aval du capteur, et/ou sur la surface active du dispositif de rotation, est prévue une rugosité dont la profondeur est essentiellement dirigée transversalement ou à peu près transversalement à la direction principale d'écoulement du fluide et que la profondeur de rugosité, K, est liée au diamètre D du passage libre par un rapport D/E d'au plus 300, de préférence compris entre 200 et 50. Grâce à cette mesure, l'écoulement potentiel qui existe dans la couche limite extérieure est maintenu à peu près constant pour les différents nombres de Reynolds. Alors qu'avec un petit nombre de Reynolds le gradient de vitesse qui détermine l'épaisseur de la couche limite est faible, que la rugosité exactement définie de la surface baignée se situe donc dans la région de 1 r écoulement potentiel et reste ainsi sans effet, la rugosité produit son effet lorsque le nombre de Reynolds est élevé, ce qui entraîne comme on sait une augmentation du gradient de vitesse, car elle empeche pratiquement une diminutionde la région d'écoulement potentiel et influence ainsi l'épaisseur de la couche limite. En principe, le plus petit rapport indiqué entre la profondeur de rugosité et le diamètre du passage libre doit correspondre à un débitmètre à rotation de petite section, et inversement, mais la constitution du dispositif de rotation et les dispositifs supplémentaires éventuels servant à améliorer le mouvement de précession jouent aussi un rôle. En particulier, la longueur de la rugosité dans la région indiquée peut dépendre de la présence de ces derniers moyens. La forme et la structure de la rugosité sont variables. Ainsi, des saillies -ou des creux peuvent hêtre prévus dans le tube luimeAme ou encore sur ou dans un élément inséré, mais il est avantageux, selon un mode d'exécution de l'invention, que la rugosité soit formée par des rainures dirigées transversalement à la direction d'écoulement ou que, selon une autre proposition, une rainure unique soit prévue sous la forme d'un filetage. Dans ce dernier cas, avec un dispositif de rotation particulièrement efficace, le pas du filetage doit alors être dirigé à l'envers de la rotation générale. L'efficacité de la rugosité est accrue si, selon une dernière proposition, elle présente un profil à angle aigu. Mais outre 1' extension de la gamme de mesure, un autre avantage réside encore dans le fait que lton peut déterminer la constante d' étalonnage - de l'instrument de mesure pour de faibles densités de gaz (petits nombres de Reynolds) et que cette constante d'étalonnage reste valable même pour de fortes densités de gaz (grands nombres de Reynolds), ce qui simplifie 1' étalonnage. On expliquera maintenant l'invention en regard des dessins annexés, dans lesquels La figure 1 est une vue schématique en coupe d'un débitmètre à rotation La figure 2 est un détail agrandi du cartouche "A" de la figure 1 et La figure 3 est un détail agrandi du cartouche "B" de la figure 1. Le débitmètre à rotation de la figure 1 comprend un tube de mesure 1 muni d'une entrée 2 et d'une sortie 3 et pouvant être relié, par des brides 4 et 5, à une tuyauterie non représentée. Dans l'entrée 2 du tube de mesure I est disposé un dispositif de rotation 2 muni de plusieurs ailettes directrices 6 et, dans la sortie ), est prévu un dispositif 8 d'élimination de tourbillon, non représenté plus précisément. Entre le dispositif de rotation 2 et le dispositif 8 d'élimination de tourbillon est prévu, sur le tube de mesure 1, un capteur 9 qui arrive jusqu'à l'intérieur du tube. a figure 2 montre des détails de la paroi intérieure du tube de mesure 1, dans la région délimitée par le cartouche A. La rugosité est ici formée par des rainures 10, de sorte qu'il subsiste des profils aigus Il. La profondeur des rainures 10, donc la profondeur de rugosité, est désignée par "K" et la section libre du passage par "d". La figure 3 montre aussi un détail, correspondant au cartouche "B", sur l'ailette directrice 6 de la figure 1. Ici encore, la rugosité est formée des rainures 10 et des profils aigus 11. Il est apparu que les ailettes directrices 6 ont seulement besoin de présenter une rugosité dans des cas rares, donc dans des conditions extrêmes, mais il est approprié d'en prévoir une sur les ailettes auxiliaires, etc. REVENDICATIONS 1. Débitmètre tubulaire à rotation comportant au moins un capteur aui mesure la rotation secondaire du coeur de tourbillon du fluide en écoulement et un dispositif de rotation placé à l'intérieur du tube de mesure, en amont du capteur et servant à engendrer la rotation secondaire, débitmètre caractérisé par le fait que sur la totalise ou une partie de la paroi intérieure du tube de mesure, dans la région qui va du dispositif de rotation jusqu'au capteur ou Jusqu'à un point situé juste en aval du capteur, et/ou sur la surface active du dispositif de rotation, est prévue une rugosité dont la profondeur est essentiellement dirigée transversalement ou 9 peu près transversalement à la direction principale d'écoulement du fluide et que la profondeur de rugosité, K, est liée au diamètre D du passage libre par un rapport D/K 4 au plus CC', de préférence compris entre 200 et 50. . Débitmètre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la rugosite est formée de rainures dirigées transversalement à la direction d'écoulement. 5. Débimètre selon la revendication i, caractérisé par le fait que la rugosite que la tartre tubulaire est formée par une rainure continue sotzs la forme d'un filetage et que, de préférence, le pas est de sens opposé à la rotation prédéterminée du fluide qui s'écoule. 4. Débitmètre selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le profil de la rugosité présente un angle aigu.