Brevet FR2394064A1 — publié le 19790105

La présente invention a pour objet un débitmètre pour la mesure de faibles débit de fluides dans un circuit de distribution, du type comprenant une turbine axiale comportant un moyeu et des ailettes portées par le moyeu constituant la zone de travail de ladite turbine, et susceptible d'être entraînée en rotation par le fluide en mouvement et un détecteur de la rotation de la turbine1 Les débitmètres classiques, du type à moulinet, comprennent une hélice multipales qui, sous l'influence du courant de liquide, est entraînée en rotation autour de son axe, parallele au sens général d'écoulement du liquide. La mesure de la vitesse de rotation de l'hélice permet d'en déduire le débit du liquide.Un tel dispositif nécessite toutefo.is -la présence d'un distributeur ou stabilisateur de l'écoulement du liquide, qui est situé en amont de l'hélice multipales. Le distributeur est par exemple composé de palettes fixes et permet d'imprimer au fluide, avant son arrivée sur la roue de mesure ou hélice multipales, une répartition de vitesses indépendante des conditions régnant en amont de l'appareil, car il est nécessaire qu'un front uniforme de vitesses d'écoulement du liquide existe à l'entrée de l'organe de mesure. Un tel dispositif ne permet pas de mesurer avec une sensibilité suffisante de faibles débits car ils correspondent à une Vitesse d'écoulement trop faible. La présente invention vise précisément à permettre la mesure de faibles débits de fluides, notamment de liquide,avec précision. ha présente invention vise encore à permettre une meilleure circulation du fluide à l'intérieur du dispositif de mesure et à améliorer la suspension du rotor de mesure. Ces buts sont atteints grâce à un débitmètre du type mentionné au début, qui comprend conformément à l'invention, un obturateur de mesure placé immédiatement en amont de la turbine et comportant un petit nombre de conduits d'injection débouchant en regard de la partie de la turbine munie d'ailettes, la section totale de passage offerte par les conduits d'injection étant très faible par rapport à la section frontale de l'obturateur. Ainsi, conformément à l'inventiont le débit du fluide est concentré dans la périphérie de la conduite, dans de petites zones situees en regard des ailettes de la turbine. Ceci permet d'atteindre localement des vitesses de déplacement du fluide importantes même quand la vitesse d'ensemble est faible, ce qui conduit à une grande sensibilite même lorsque la circulation de fluide est relativement faible1 Divers moyens peuvent être incorporés dans le débitmètre selon l'invention pour assurer un réglage de la sensibilité. Ainsi, de façon avantageuse la section d'au moins l'un des conduits d'injection est réglable de façon progressive à l'aide d'une pièce supplementaire de réglage montée en regard dudit conduit d'injection. Selon une variante de l'invention, un canal axial d'ouverture réglable constituant un conduit supplémentaire est ménagé dans l'obturateur pour dériver hors de la zone de travail de la turbine une partie du débit de fluide disponible en amont dudit obturateur. Conformément à un mode de réalisation de l'invention, la turbine est montée en porte-à-faux sur l'obturateur à l'aide d'un palier unique. Dans ce cas, il est préférable que la partie aval du moyeu de la turbine présente un diamètre extérieur progressivement décroissant. Conformement à un autre mode de réalisation de l'invention, une pièce de centrage de la turbine est située en rival de cette dernière et comprend des ouvertures d'échappement du fluide qui couvrent la-presque totalité du pourtour de ladite pièce. Selon une caractéristique particulière de l'invention, la turbine est montée sur au moins un palier lisse de centrage et des canaux de circulation de fluide sont formés dans l'obturateur ou la pièce de centrage pour permettre une faible circulation de fluide entre le palier et l'axe de rotation de la turbine. Selon une autre caractéristique intéressante de l'invention, le positionnement du moyeu de la turbine est assuré par des aimants disposés sur le moyeu d'une part et l'obturateur ou la pièce de centrage d'autre part. De façon avantageuse, le moyeu de la turbine présente au droit des ailettes un diamètre compris entre environ 60 et 90 % du diamètre hors-tout de la turbine. D'autres caractéxistiques et Rntages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui fait suite d'exemples de réalisation non limitatif, en référence au dessin annexé sur lequel - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un premier mode de réalisation de débitmètre conforme à l'invention - la figure la est une vue en coupe axiale d'une variante du débitmètre de la figure 1 - la figure 2 est une vue en coupe selon le plan II-II de la figure 1 - la figure 3 est une vue en coupe prise selon le plan III-III de la figure 1 - les figures 4 et 5 représentent larturbine d'un débitmètre selon l'invention, vue de face et de profil respectivement, et, - la figure 6 est une vue en coupe axiale d'un deuxième mode de réalisation de débitmètre conforme à l'invention. Si l'on se reporte à la figure 1! on voit un premier mode de réalisation d'un débitmètre 1 conforme à l'invention, monté dans une conduite 10 parcourue par un liquide suivant le sens des flèches. Le débitmètre 1 comprend, dans sa partie d'entrée une pièce 2 d'obturation de la conduite 10, qui constitue un obstacle dans la conduite 10 et ne laisse passer le liquide que dans un nombre restreint de petits conduits-21 d'injection (figures 1 et 2) ménagés à la périphérie de la pièce d'obturation 2. La partie tronconique 22 de la pièce 2 assure simplement une meilleure orientation du flux de liquide vers les conduits d'injection 21. Une turbine 3 comprenant un moyeu 31 et des ailettes 32 réparties à la périphérie du moyeu 31 est montée sur un axe 30 parallèle à la direction d'écoulement du fluide. Les conduits d'injection 21 de la pièce 2 débouchent à proximité immédiate de la partie de la turbine 3 munie d'ailettes 32. Une pièce 4 de centrage fait suite à la turbine 3, en aval de celle-ci, et comprend plusieurs ouvertures 41 ménagées dans sa partie périphérique pour permettre l'échappement du liquide, introduit par les injecteurs 21 de la pièce 2, qui a contribué à entraîner la turbine 3 en rotation. l'a turbine 3 est montée à l'aide de son axe 30 sur deux paliers 7,8 formant pivots, avec un minimum de frottements. Le fluide injecté par les conduits 21 d'injection arrive sur les ailettes 32 de la turbine 3, qui sont inclinées par rapport à l'axe des conduits 21 et entraîne la turbine 3 en rotation. La vitesse de rotation du rotor 3 est en relation directe avec le débit du fluide qui a traversé les orifices 21.Un détecteur 5 de la rotation du rotor est relié par exemple & un dispositif de comptage, connu en soi, dans lequel est réalisée l'évaluation du débit du liquide tr ersant la conduite 10. La pièce 2 d'obturation et a place 4 de centrage sont réunies par une entretoise 9 qui entoure à distance la turbine 3. L'ensemble des pièces 2, 4 et 9 & l'intérieur duquel est montée la turbine 3 constitue ainsi un bloc qui peut être incorporé directement dans une conduite 10, La pièce de centrage 4 peut se prolonger par une partie tronconique ou ogive 42 qui n'a d'autre role que de limiter les pertes-de charges causées par l'appareil dans son ensemble. Si l'on considère la figure 2, on voit que la pièce 2 d'obturation comporte, a titre d'exemple, quatre conduits d'injection 21 cylindriques régulièrement répartis dans une zone annulaire périphérique de la pièce 2, La section totale des conduits d'injection 21 est très nettement inférieure å la section totale de passage de la conduite 10.Ainsi, à titre d'exemple, pour une section de passage de 100 ,m2, on peut prévoir un nombre d'injecteurs 21 compris entre environ 2 et 8, dont la section totale n'excède pas environ 5 mm2 Le réglage fin du débitmètre peut s'opérer à l'aide d'une pièce supplémentaire 6 de réglage disposée devant la pièce d'obturation 2, en amont de celle-ci, La pièce de réglage 6 peut par exemple être constituée par une bague percée de lumières 61 s'étendent selon une portion d'anneau et d'au moins une lumière circulaire 62 dont la section correspond a la section d'un injecteur 21.De telles lumières 61 et 62 ont été représentées en pointillés sur la figure 2. Par rotation de la bague 6, on peut regeler par les lumières 62. le dégré d'obturation d'un nombre prédéterminé de trous d'injection tels que 21a, Naturellement, d'autres moyens équivalents de réglage peuvent être utilisés pour ajuster la section utile des conduits d'injection 21. Ainsi,. il est possible d'utiliser une ou plusieurs aiguilles coniques dont on peut régler le degré de penetration dans un ou plusieurs injecteurs 21 prédéterminés. Selon une variante de réalisation de l'invention (figure la), un canal axial réglable 25 constituant un conduit supplémentaire est incorporé dans la pièce diobturation 2 pour dériver une partie du débit et modifier ainsi la sensibilité de l'appareil lors du réglage de ce dernier. Le réglage de la section de l'orifice d'entrée du canal 25 peut être réalisé à l'aide d'une aiguille conique 26, qui centrale ainsi la proportion du débit soustraite au comptage. Le liquide introduit par le canal 25 peut être évacué axialement par exemple par un conduit 36 ménagé dans l'axe de la turbine, qui est alors constitué par un tube creux. Le liquide dérivé peut s'échapper en aval de la turbine au niveau des canaux 43. La pièce de centrage 4 située en aval de la turbine 3 est pourvue d'ouvertures 41 d'échappement du fluide (figure 3) dont la section totale est supérieure à la section totale utile des injecteurs 21. Le nombre des ouvertures de sortie 41 peut cependant être différent de celui des injecteurs 21. Les ouvertures de sortie 41 couvrent avantageusement la plus grande partie possible du pourtour de la pièce 4. La turbine 3 du débitmètre, donné à titre d'exemple de réalisation sur la figure 1 comprend à sa périphérie une pluralité de pales ou ailettes 32 régulièrement réparties (figures 4 et 5). Les ailettes peuvent être courbes, par exemple hélicordales, ou droites, mais inclinées par rapport aux axes des injecteurs 21 qui sont eux-mêmes (figure 1) parallèles à l'axe de la turbine 3. La turbine 3 peut être réalisée en un matériau léger tel que de la matière plastique, ou en métal tel que du laiton ou de l'acier inoxydable. Un matériau magnétique 34 peut être incorporé à l'intérieur du moyeu 31, entre deux flasques 35 pour permettre une détection par un capteur magnétique extérieur 5. Toutefois, les ailettes pourraient elles-mêmes être en matériau magnétique, la turbine 3 jouant le rôle de roue phonique. I1 est à noter que le moyeu 31 de la turbine 3 peut présenter un diamètre important par rapport au diamètre extérieur total de la turbine. Le diamètre du moyeu 31 peut par exemple être compris entre environ 60 et 90 % du diamètre extérieur de la turbine 3. On augmente ainsi le couple d'entraînement de la turbine 3, Selon une caracteristique particulièrement avantageuse, la turbine 3 est montée sur deux paliers lisses 7, 8, eux-mêmes ancrés dans des empreintes formées dans les pièces-support 2 et 4 respectivement. Les deux paliers 7 et 8 servent de pivots pour l'axe 30 de la turbine 3 et constituent une suspension à faibles frottements.Des canauX 23, 24 et 43 44 sont formés respectivement dans la pièce d'obturation 2 de la pièce de centrage 4 pour assurer une circulation du liquide et permettre & celui-ci- de passer sous la forme d'un mince film entre l'axe 30 et chacun des paliers 7, 8, assurant ainsi à la fois une lubrification et un refroidissement des éléments mécaniques formant pivots.Dans la pièce d'obturation.2 (figures 1 et 2), des canaux 23 débouchent dans la face aval de la pièce 2 en dessous de la zone annulaire où sont placés les injecteurs 21 et communiquent avec un canal axial 24 ménagé dans la pièce 2 coaxialement à l'axe 30 de la turbine 3 l'a circulation du liquide est éventuellement activée par lteffet de centrifugation produit par la rotation du moyeu de la turbine. l'a pièce de centrage 4 comprend de fanon similaire un canal axial 44 dans le prolongement de l'axe 30, du côté du palier 8 et des canaux transversaux 43 qui relient le canal 44 à l'extérieur de la pièce 4, dans la zone oR le liquide sort de la pièce 4 par les ouvertures d'échappement 41.Du fluide peut ainsi circuler également au niveau du palier 8 et en outre il est constitué une butée fluide, pour la turbine du côté aval. Un dispositif du type de celui représenté sur la figure 1 peut fonctionner de façon linéaire pour une plage de valeurs qui s'étend jusqu a au moins 40 fois le débit correspondant au seuil de sensibilité minimale. Des débits très faibles, de l'ordre de 2,5 ltheure, peuvent être pris en compte par l'appareil, du fait que tout le débit du liquide est concentré dans un petit nombre de zones restreintes au niveau des injecteurs 21. Un débitmètre conforme a l'invention est particulièrement adapté pour mesurer par exemple le débit instantané de carburant dans un circuit dlalimentation d'un moteur. Le montage sur pivots de la turbine 3 peut également être réalisé à l'aide de paliers hydrostatiques ou magnétiques, particulièrement intéressants, car les frottements doivent être limités au maximum. On a représenté sur la figure 6 un mode de réalisation de débitmètre 101 selon l'invention, dans lequel la turbine 3 est montée en porte-à-faux sur un seul palier porté par la pièce d'obturation 102.. Des injecteurs 121 sont formés dans la périphérie de la pièce d'obturation 102 d'une manière qui peut être semblable au cas du mode de réalisation dés figures 1 à 5. Une bague de réglage 6 permet l'ajustage des caractéristiques du débitmètre. La pièce d'obturation 102 comprend des conduits d'injection 121 et présente à sa partie aval un prolongement conique limit par une paroi 125. es conduits d'injection 121 traversent la pièce 2 de part en part de manière analogue au mode de réalisation des figures 1 et 2. Un alésage axial 127, réalisé dans la pièce 102, débouche à la partie aval de celle-ci et reçoit l'axe 130 d'une turbine 103 qui est engagé dans la pièce 102. La turbine 103 comprend, comme-pour le cas des figures 4 et 5, des ailettes périphériques 132 situées en regard des conduits d'injection 121, et un moyeu 131 portant l'axe 130. Le moyeu 131 de la turbine 103 affecte toutefois une forme générale conique de telle manière que la partie avant de la turbine, qui constitue un renfoncement conique, peut venir s'emboîter en face la paroi coniquel25 de la pièce d'obturation 102, ce qui permet un bon centrage de la turbine 103 par un positionnement à la fois axial et radial. La face arrière du moyeu 131 présente un profil saillant qui permet un équilibrage hydrodynamique de la trainée dile aux pales 132 et de la contre pression qui agit en arrière de la turbine 103.D'une manière générale, le montage en porte à faux de la turbine 103 nécessite que celle-ci soit légère et bien équilibrée hydrostatiquement. Un montage de la turbine 103 à l'aide d'éléments magnétiques constitués d'aimants permanents est particulièrement intéressant, car il autorise notamment une orientation du dispositif dans toutes les positions.Ainsi, par exemple deux éléments magnétiques annulaires 181, 182 montés sur la pièce d'obturation 102 peuvent coopérer avec un élément magnétique 183 solidaire de l'axe 130 de la turbine, les éléments 181 et 183 d'une part et 182 et 183 d'autre part étant prévis pour se repousser mutuellement l'a détection de la VitesSe de rotation de la turbine 103 peut être effectuée de diverses manières, comme pour le cas de la turbine 3, et par exemple à l'aide d'un capteur magnétique 105 coopérant avec une partie magnétique de la turbine 103. Bien entendu, diverses modifications et adjonctions peuvent être apportées par lrhomme de l'art aux modes de réalisation de l'invention qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention, Par exemple, les débitmètres ainsi décrits peuvent être adaptés a la mesure de débats de fluides non liquides, RVNIcTI-ONS 1, Débitmètre pour la mesure des fables débits de fluides dans un circuit de distribution, du type comprenant une turbine axiale comportant un moyeu et des ailettes portées par le moyeu qui constitue la zone de travail de ladite turbine, et susceptible d'être entraînée en rotation par le fluide en mouvement et un détecteur de la rotation de la turbine, c a r a c t é r i s é en ce qu'il comprend un obturateur de mesure placé immédiatement en amont de la turbine et comportant un petit nombre de conduits d'injection débouchant en regard de la partie de la turbine munie d'ailettes, la section totale de passage offerte par les conduits d'injection étant très faible par rapport à la section frontale de l'obturateur. 2. Débitmètre selon la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce que la section d'au moins l'un des conduits d'injection est réglable de façon progressive à l'aide d'une pièce supplémentaire de réglage montée en regard dudit conduit d'injection. 3. Débitmètre selon la revendication 1 ou la revendication 2, c a r a c t é r i s é en ce qu'un canal axial d'ouverture réglable constituant un conduit supplémentaire est ménagé dans l'obturateur pour dériver hors de la zone de travail de la turbine une partie du débit de fluide disponible en amont dudit obturateur. 4, Débitmètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, c a r a c t é r i s é en ce que la turbine est montée en porte-à-faux sur l'obturateur à l'aide d'un palier unique. 5, Débitmètre selon la revendication 4, c a r a c t é r i s é en ce que la partie aval du moyeu de la turbine présente un diamètre extérieur progressivement décroissant. 6. Débitmètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, c a r a c t é r i s é en ce qu'une pièce de centrage de la turbine est située en aval de cette dernière et comprend des ouvertures d'échappement du fluide qui couvrent la presque totalité du pourtour de ladite pièce. 7. Débitmètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, c a r a c t é r i s é en ce que la turbine est montée sur au moins un palier lisse de centrage et en ce que des canaux de circulation de fluide sont formés dans l'obturateur ou la pièce de centrage pour permettre une faible circulation de fluide entre le palier et l'axe de rotation de la turbine. 8. Débitmètre selon l'une quelconque des revendications 1 â 7, c a r a c t é r i s é en ce que le positionnement du moyeu de la turbine est assuré par des aimants disposés sur le moyeu d'une part et l'obturateur ou la piece de centrage d'autre part. Débitmètre selon l'une-quelconque des revendications 1 à 8, c a r a c t é r i s é en ce que le moyeu de la turbine présente au droit des ailettes -un diamètre compris entre environ 60 et 90% du diamètre hors tout de la turbine.