Brevet FR2304904A1 — publié le 19761015

La présente invention a trait aux débitmètres pour mesurer les débits des liquides ou des gaz, et plus particulièrement aux débitmètres améliorés du type à induction de vortex. On sait que, dans certaines circonstances, la présence d'un obstacle dans une conduite donne naissance à des vortex périodiques. Dans le cas de petits nombres de Reynolds l'écoulement aval est de nature laminaire, mais lorsque ces nombres vont en augmentant, il se forme des plages régulières de vortex. Ces plages sont connues sous le nom de couloirs de vortex de Karman. La fréquence d'induction des vortex est fonction de la vitesse d'écoulement. C'est ce phénomène que l'on exploite pour concevoir un débitmètre. Ainsi il a été décrit dans une demande de brevet antérieur de la demanderesse un modèle amélioré de débitmètre dans lequel le signal produit par l'oscillation du fluide est relativement fort et stable pour fournir un bon rapport signal/bruit qui assure une information précise sur la vitesse d'écoulement dans une large gamme de vitesse.Dans ce débitmètre un organe en forme d'obstacle est monté dans la conduite d'écoulement, l'organe étant constitué par un bloc placé en travers de la conduite, son axe longitudinal à 90 par rapport à la direction d'écoulement du fluide une plaque est montée de la même façon en travers de la conduite derrière le bloc et elle est située à une certaine distance du bloc pour délimiter un espace servant à capter des vortex de Karman et à renforcer et stabiliser le couloir de vortex dans lequel interfère un transducteur à pression ou autre, de manière à produire un signal dont la fréquence est proportionnelle à la vitesse d'écoulement. Un débitmètre classique à induction de vortex comprend une conduite d'écoulement dont les deux extrémités sont équipées de brides. L'une est boulonnée ou fixée d'une autre façon à une contrebride d'une partie amont du tuyau transportant le fluide dont on mesure la vitesse ; l'autre bride est attachée à une contrebride de la partie aval. Pour éviter que l'écoulement se fasse d'une façon discontinue, le diamètre intérieur de la conduite d'un débitmètre classique est conçu de la même taille que les parties de tuyau auxquelles cette conduite est raccordée. Pour qu'un débitmètre à induction de vortex puisse fonctionner avec précision et fiabilité, le profil de répartition de la vitesse du fluide doit entre, autant que possible, uniforme. Les débitmètres actuels ont l'inconvénient d'être sensibles aux tuyaux amont, ce qui tend à limiter leur utilisation aux installations disposant de tuyaux amont longs et droits. La raison en est que, lorsque la vitesse du fluide montant est répartie de façon irrégulière ou as symétrique à un endroit qui se trouve bien en amont, la répartition de vitesse d'écoulement devient plus uniforme si l'écoulement vers le débitmètre se fait par un tuyau long et droit. Par contre, si le tuyau ne présente qu'une courte partie rectiligne, le profil de vitesse du fluide montant reste irrégulier et les mesures indiquées par le débitmètre ne sont ni précises ni sûres. Comme dans beaucoup de cas il faut mesurer la vitesse d'écoulement à des endroits où il n'y a qu'une courte partie rectiligne de tuyau amont, il n'est que rarement possible, avec les débitmètres actuels, de faire une installation qui permettra des informations précises. C'est vrai également pour des tuyaux amont plus longs présentant une courbe ou un coude qui rend irrégulier le profil de vitesse. Le problème majeur avec les débitmètres actuels c'est que les différences de profil dues aux différences dans les tuyaux amont font varier la fréquence d'induction de vortex (pour la même vitesse d'écoulement) et donnent lieu à des erreurs de mesure. Même quand on dispose de tuyaux longs et droits, ces erreurs peuvent être significatives dans un débitmètre du type connu si le diamètre intérieur du débitmètre n'est pas bien aligné sur le diamètre intérieur du tuyau amont. De tels décalages de brides ne sont pas rares. De ce qui vient d'etre dit il découle que l'objectif principal de cette invention est de réaliser un débitmètre du type à induction de vortex qui puisse être installé dans un tuyau dont la partie amont est relativement courte et qui puisse, en meme temps, fournir des indications précises et fiables sur la vitesse d'écoulement. Un autre objectif de l'invention est qu'un tel débitmètre ne nécessite pas un alignement spécial sur le tuyau amont. Un objectif plus particulier de cette invention est un débitmètre de type à induction de vortex qui ne réagisse pas sensiblement aux tuyaux d'amont et qui émette un signal ayant un bon rapport signal/bruit et une linéarité améliorée. Enfin, le court d'un tel débitmètre ne doit pas être supérieur à celui d'un débitmètre conventionnel. Ces objectifs sont atteints dans un débitmètre à vortex de l'invention dans lequel un obstacle est monté à l'intérieur d'une conduite d'écoulement interposée entre les parties amont et aval d'un tuyau transportant le fluide à mesurer, le diamètre intérieur de la conduite étant plus petit que celui de la section amont du tuyau pour former un étranglement dans le passage où se fait l'écoulement, rendant plus uniforme son profil de répartition et améliorant ainsi la fiabilité et la précision de l'appareil de mesure ou capteur. La présente invention sera mieux comprise à la description des formes particulières de réalisation qui va être faite en relation avec les figures des planches annexées dans lesquelles La Fig. 1 est une coupe longitudinale d'un débitmètre à vortex de l'art antérieur. La Fig 1A est un profil de distribution des vitesses du même. La Fig. 2 est une coupe d'une première forme préférée de réalisation d'un débitmètre de l'invention. La Fig. 2A est un profil des vitesses du même. La Fig. 3 est une coupe d'une seconde forme préférée d'un débitmètre de l'invention. La Fig. 3A est un profil des vitesses du meme. La Fig. 4 est une coupe longitudinale d'un débitmètre de type à insertion selon l'invention. La Fig. 5 est une vue en bout du meme. Sur la Fig. 1 un débitmètre actuel du type vortex comprend une conduite d'écoulement 10 et un obstacle, indiqué de façon générale par 11, monté à l'intérieur de la conduite. La nature de l'obstacle ou de l'élément à induction de vortex ne fait pas partie de la présente invention et peut être de n importe quelle forme. La conduite 10, qui présente une section transversale de forme circulaire ou autre, comprend une entrée amont 10 A dans laquelle on introduit le fluide dont on veut mesurer le débit par un tuyau amont 12. Le fluide à la sortie 10 B passe dans un tuyau aval 13. Le fluide entrant rencontre l'obstacle, ce qui a pour effet de le partager autour de l'obstacle, produisant des perturbations de fluide sous la forme d'un couloir de vortex de Karman. Les oscillations du fluide qui en résultent dans l'Çcoulement aval sont détectées par un capteur ou transducteur qui peut 6truc de n'importe quel type connu actuellement pour produire un signal transmis à un amplificateur 14 qui délivre un signal de sortie. Celui-ci est transmis à un indicateur qui donne la vitesse d'écoulement. La conduite 10 est pourvue à chaque extrém-J4 de brides 15 et 16 pouvant etre fixées respectivement aux contrebrides 17 et 18, à l'extrémité des parties amont et aval du tuyau 12 et 13, facilitant par là l'installation e la réparation de l'appareil de mestre On remar4-era Dans le cas où l'on dispose d'un tuyau long et rectiligne pour former la partie amont 12, ce tuyau, comme indiqué auparavant, tend alors à régulariser le profil de répartition des vitesses de sorte que le capteur à induction de vortex reçoit un fluide dont le profil de vitesse est assez uniforme. Mais lorsque le tuyau amont est court, présente des courbes ou n'est pas bien aligné, le capteur reçoit alors un fluide dont le profil de vitesse est irrégulier, comme indiqué dans la Fig. 1A, et le capteur ne peut donc fonctionner de façon fiable ou précise. Sur la Fig. 2 le débitmètre à induction de vortex est identique à celui de la Fig. 1, sauf que le diamètre intérieur d de la conduite d'écoulement 10 est plus petit que le diamètre intérieur D des parties amont et aval du tuyau 12 et 13. n est préférable que le rapport entre le diamètre de la con duite d et le diamètre du tuyau amont D soit de l'ordre de 0,5 S à 0, 9. A l'entrée 10A' la surface de la conduite est c'lantoljrnée ou arrondie pour éviter un changement brusque dans le diamètre du passage d'écoulement et assurer une transition régulière de l'écoulement entre le passage dans la partie amont et le passage de connexion de la conduite d'écoulement dont la section transversale est de dimension réduit. Pour la meme raison la sortie lOB' est arrondie ou chantournée pour rendre plus uniforme la transition entre la conduite d'écoulement et la partie aval du tuyau dont la section transversale a une superficie plus grande. L'étranglement qui en résulte dans la conduite d'écoulement 10 tend à rendre plus uniforme le profil de vitesse et fait en sorte que le capteur réagit beaucoup moins au tuyau amont. Si, par exemple, le profil de répartition de la vitesse du fluide entrant dans le capteur indiqué Fig. 2 a la forme indiquée dans la Fig. 1A, l'étranglement tend alors à rendre la courbe plus carrée de façon à ce qu'elle prenne la forme sensiblement uniforme indiquée dans la Fig. 2A. Cette forme carrée du profil améliore la performance du capteur car le rapport signal/bruit devient meilleur et sa linéarité (rapport entre la fréquence des vortex et la vitesse d'écoulement) est /g alement largement améliorée. Pour obtenir la stabilité du couloir de vortex il est nécessaire que le diamètre réduit de la conduite d'écoulement soit maintenu sur une certaine longueur au-delà du corps à induction de vortex 11. Dans exemple de la Fig. 2 ceci est réalisé en plaçant l'obstacle 11 presque au milieu de la conduite 10', de telle façon que la moitié environ de la longueur de la conduite qui prolonge l'obstacle soit de diamètre réduit. Dans l'exemple de la Fig. 2, la rallonge 10' de la conduite d'écoulement, hormis l'entrée et la sortie arrondies, a un diamètre uniforme d qui est réduit par rapport au diamètre uniforme D de la partie amont. L'exemple de la Fig. 3 est conçu pour raccourcir sensiblement la longueur nécessaire de la conduite d'écoulement, bien que gardant les avantages obtenus par l'introduction d'un étranglement dans la voie d'écoulement. Ceci est réalisé par une conduite d'écoulement courte 19 dans laquelle l'obstacle 11 est monté près de l'entré d'écoulement 19 A dont le diamètre intérieur est de forme sonvergente ou conique changeant progressivement de dimension, allant d'une valeur D égale au diamètre intérieur de la partie amont du tuyau à une saleur réduite d pour délimiter l'étranglement.La partie de la conduite qui est en aval de obstacle 11 change progressivement de diamètre, d'une valeur minimum d à une valeur plus grande, la sortie 19 B étant arrondie pour produire une transition régulière à la partie aval du tuyau 13. La pente douce de la partie aval de la conduite d'écoulement 19 est de nature à maintenir la stabilité du couloir de vortex et à empêcher que l'écoulement ne se sépare de la paroi intérieure de la conduite jusqu'à un endroit bien en aval du corps d'induction des vortex. Le profil de répartition d'écoulement qui en résulte est indiqué Fig. 3A et l'on peut voir que ce profil est, en très grande partie, uniforme. Sur les Fig. 4 et 5 est représenté un débitmètre à couloir de vortex de type à insertion dans lequel lxélément d'insertion est pourvu d'une bride 20 fixée entre la bride de bout 21 d'une partie amont de tuyau 26 et la bride de bolt 22 d'uns, ortie aval de tuyau 2:3. La bride 20 soutien-t un tube d'écou Remuent 24 dont le diamètre intérieur est plus petit que le diamètre intérieur de la partie amontNdutuyau de façon à délimiter un étranglement de l'écoulement. Un élément à induction de vortex 25 pourvu d'une section arrière en orme de T est monté dans le tube d'écoulement, la forme particulière de l'élément à induction de vortex ne faisant pas partie de la présente invention. Dans une telle réalisation de débitmètre de type à insertion le tube d'écoule ment réduit efficacement le diamètre d'une section de la partie aval du tuyau. La présence invention n'est pas limitée aux formes preférEes de réa- lisations ci-dessu- décrites rn s'étend à l'ensemble des champs définis par les revendications. REVENDICATIONS 1 - Débitmètre à induction de vortex pour la mesure des débits des liquides ou des gaz, comportant un obstacle monté à l'intérieur d'une conduite, et destiné à être interposé entre les parties amont et aval d'un tuyau caractérisé - en ce que le diamètre intérieur de la dite conduite est inférieur au dia mètre du tuyau amont. 2 - Débitmètre selon la revendication 1 caractérisé - en ce que le diamètre intérieur de la dite conduite est sensiblement uni forme sur toute sa longueur. 3 - Débitmètre selon la revendication 2 caractérisé - en ce que la dite conduite est arrondie à son extrémité d'entrée et à son extrémité de sortie, ce qui rend plus régulières les transitions entre la conduite et les parties amont et aval du tuyau. 4 - Débitmètre selon la revendication 2 caractérisé - en ce que le dit obstacle est monté approximativement au milieu de la dite conduite. 5 - Débitmètre selon la revendication 1 caractérisé - par au moins une bride permettant l'insertion du débitmètre sur un tuyau et sa fixation à une bride de bout de la partie amont du tuyau et à une bride de bout de la partie aval. 6 - Débitmètre selon la revendication 1 caractérisé - en ce que la dite conduite a une forme conique dont le plus petit diamètre est à l'entrée de la conduite, - et en ce que le dit obstacle est monté près de cette entrée. 7 - Débitmètre selon la revendication 1 caractérisé - en ce que le rapport du diamètre de la conduite à celui du tuyau est com pris entre 0, 5 et 0, 9. 8 - Débitmètre selon la revendication 1 caractérisé - en ce que la dite conduite formant tube d'écoulement est montée sur une bride unique destinée à être insérée entre deux brides de bout du tuyau, - et en ce que le dit tube d'écoulement a un diamètre extérieur inférieur au diamètre intérieur du tuyau aval, ce qui permet l'introduction du dit tube d'écoulement dans le tuyau aval.