Brevet FR2461928A1 — publié le 19810206

L'invention concerne un débitmètre prévu pour mesurer le débit d'un fluide circulant dans une conduite et comprenant une turbine dont la rotation est commandée par le fluide et des moyens de mesure de la vitesse de ro- tation de la turbine. Dans les débitmètres connus de ce type, l'axe de la turbine est généralement monté dans des paliers par l'in- termédiaire de deux roulements à billes. Cependant, lorsque des débitmètres de ce type sont soumis à des conditions- de fonctionnement particulièrement sévères, notamment en ce qui concerne la température et la pression, il est généra- lement nécessaire de prévoir un Jeu important notamment entre l'axe et les roulements afin d'éviter le blocage de ces der- niers dO à la dilatation. Ce jeu a pour conséquence de favo- riser l'usure des pièces en contact de frottement, ainsi que celle de l'axe de la turbine. La précision et la fiabilité de ce type de débitmâtre sont donc limitées lorsqu'-ils sont destinés à travailler dans des conditions particulièrement sévères. L'invention a pour objet un débitmètre dont la conception est particulièrement adaptée à son utilisation dans des conditions de température et de pression difficiles, bien que l'utilisation de ce débitmètre ne soit pas limitée à ces conditions particulières. Dans ce but, il est proposé un débitmètre prévu pour mesurer le débit d'un fluide circulant dans une conduite et comprenant une turbine dont la rotation est commandée par le fluide et des moyens de mesure de la vitesse de rotation de la turbine, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un sup- port tubulaire susceptible d'être reçu dans la conduite et portant deux paliers disposés de part et d'autre de la turbine, cette dernière étant supportée par un axe faisant saillie à l'intérieur desdits paliers pour coopérer avec.des. roulements satellites portés par des cages de roulements montées fixement dans lesdits paliers. Ainsi, conformément à l'invention,. les roulements à billes utilisés habituellement sont supprimés et remplecés par des roulements satellites dont les dimensions sont sensi- blement plus réduites. Le Jeu défini entre l'axe et ces roulements satellites peut ainsi tre réduit au minimum, en raison des petites dimensions de ces derniers, de telle sorte que la précision et la fiabilité du débitmètre s'en trouvent accrues. Conformément à une autre caractéristique de l'ln- vention, les extrémités de l'axe supportant la turbine sont hémisphériques et susceptibles de prendre appui sur deux butées montées dans lesdits paliers. Ces butées, réalisées ainsi que-l'axe de la turbine en un matériau très dur, évi- tent également les déplacements de l'axe et limitent ainsi l'usure de celui-ci. En outre, des moyens peuvent tre prévus pour régler le positionnement des butées dans les paliers, ce qui permet de déterminer avec précision le débattement de l'axe de la turbine par rapport aux butées. Selon une caractéristique secondaire de l'inven- tion, le débitmètre comprend de plus deux ogives prolongeant les paliers de part et d'autre du support tubulaire, les- dites ogives étant creuses et fixées sur des tiges solidai- res desdites butées. Conformément & une autre caractéristique secondai- re de l'invention, les cages de roulements portent des axes régulièrement espacés sur une circonférence centrée sur l'axe supportant la turbine, les roulements satellites étant montés sur lesdits axes.- Conformément à encore une autre caractéristique secondaire de l'invention, le support comprend deux cylindres reliés par au moins une poutre longitudinale, chacun des cy- lindres portant l'un des paliers par des ailettes radiales. De préférence, la poutre fait alors saillie radialement vers l'extérieur pour coopérer avec une rainure correspondante formée dans la conduite, de telle sorte qua le support soit immobilisé en rotation dans la conduite, On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation particulier de -l'invention en se référant aux dessins annexés dans lesquels: - la figure I est une vue en coupe longitudinale d'une conduite dans laquelle est disposé un débitmètre réa- lisé conformément aux enseignements de la présente invention, 2 4 6 1 92 8 - la figure 2 est une vue en- coupe selon la ligne A-A de la figure 1, la figure 3 est une vue agrandie, éclatée, de l'une des cages de roulements et de ses roulements satel- lites par l'intermédiaire desquels l'axe supportant la tur- bine est reçu tournant dans des paliers appropriés, - la figure 4 est une vue en coupe partielle agrandie de la cage et des roulements satellites représentés sur la figure 3, et la figure 5 est une vue en coupe longitudinale agrandie d'une moitié de la partie centrale du débitmàtre représenté sur la figure 1. Comme l'illustre en particulier la figure 1, le débitmètre selon l'invention, désigné par la référence géné- rale 10, est monté dans un alésage formé dans un corps cy- lindrique 12 prévu pour être inséré dans une conduite 14 par tous moyens appropriés, et notamment par bridage ou par soudure. Le débitmètre 10 comporte un support tubulaire 16 dont le diamètre externe est sensiblement égal au diamètre interne de l'alésage formé dans le corps 12 et qui est nor- malement immobilisé entre un épaulement 18 et un écrou 20 vissé dans une partie taraudée 22 de cet alésage. Le support 16 est constitué par deux cylindres identiques 24 reliés par une ou plusieurs poutres longitudinales 26 (deux dans le mode de réalisation représenté) de façon à définir entre eux un évidement 28 dans lequel est reçue une turbine 30 présen- tant un certain nombre de pales 32 inclinées par rapport à la direction d'écoulement du fluide, par exemple dans le sens indiqué par la flèche 34 sur la figure 1. Chacun des cylindres 24 du support 16 porte un palier 36 par l'intermédiaire de quatre ailettes radiales 38, de largeur réduite et dont la configuration est prévue de façon à entraver aussi peu que possible l'écoulement du fluide à l'intérieur de la conduite 14. Les paliers 36 sont parfaitement alignés et leur axe commun est confondu avec l'axe du corps 12. Comme le montre en particulier la figure 1, la turbine 30 est supportée par un axe cylindrique 40, réalisé de préférence en un matériau particulièrement dur, tel que le carbure de tungstène, qui fait saillie de part et d'autre de la turbine à l'intérieur des paliers 36. L'axe 40 est associé à la turbine 30 par tous moyens appropriés (non re- présentés) tels qu'une vis de pression. Conformément à l'in- vention, chacune des extrémités de l'axe 40 est montée tour- nante dans le palier 36 correspondant, par l'intermédiaire de roulements à billes 42 montés en satellite sur des axes 44 portés par une cage de roulements 46 montée fixement à l'intérieur du palier 36 correspondant. Comme le montrent plus précisément les figures 3 et 4, chacune des cages 46 est réalisée d'une seule pièce et comprend deux rebords annulaires 47 reliés à leur périphérie externe par des parties en forme de pont 49. Les rebords annulaires 47 s'étendent radialement vers l'axe 40 de la turbine et portent les axes 44, ces derniers étant immobili- sés par rapport à la cage 46 par tous moyens appropriés tels que, par exemple, par sertissage. Dans le mode de réalisation représenté, six axes 44 sont disposés à intervalles réguliers et circonférentiellement répartis autour de l'axe de la tur- bine, de telle sorte que les roulements 42 sont montés en satellite autour de l'axe 40 portant la turbine 30 et coopè- rent par leur surface externe avec la surface externe de l'axe 40. Ainsil'ensemble constitué par la turbine 30 et par l'axe 40 est monté tournant dans les paliers 36 par l'intermédiaire des roulements à billes satellites 42. Comme le montrent -les figures a et 5, la turbine 30 est reçue dans l'évidement 28 avec un certain jeu axial entre les paliers 36. Cependant, le débattement axial de la turbine 30 est limité par la venue en contact des extré- mités 48 de l'axe 40 avec des butées 50 montées de façon fixe à l'intérieur des paliers 36. De préférence, les extrémités 48 de l'axe 40 sont hémisphériques et chacune des butées 50 porte au niveau de l'axe du débitmètre un insert 52, réalisé en un matériau particulièrement dur tel que, notamment, le carbure de tungstène. Les butées 50 sont filetées à leur périphérie externe et vissées dans une partie taraudée 54 formée dans chacun des paliers 36, de telle sorte que leur positionnement par rapport aux extrémités 48 de l'axe 40 peut âtre réglé afin de donner au débattement axial de la turbine 30 la valeur désirée. De plus, chacune des butées comprend un rebord annulaire 55 qui vient prendre appui sur la cage 46 correspondante, afin d'immobiliser celle-ci à l'intérieur du palier 36 en coopération avec un autre moyen de fixation tel que, par exemple, le sertissage. En outre, chacune des butées 50 se prolonge axialement en éloi- gnement de la turbine 30 par une tige cylindrique 56 dont l'extrémité libre 58, par exemple hexagonale, est suscepti- ble de recevoir un outil approprié, tel qu'une clé de ma- noeuvre, permettant de solliciter la butée 50 en rotation afin d'effectuer le réglage qui vient d'être mentionné. Un contre-écrou annulaire 60, également muni d'une tête de manoeuvre 61, par exemple hexagonale, est lui aussi vissé dans l'alésage 54 afin de maintenir la butée 50 en position lorsque le réglage a été effectué. Enfin, une ogive 52 est montée sur chacune des tiges cylindriques 56 de façon à prolonger les paliers 36 de part et d'autre du support 26. Les dimensions et la forme extérieure des ogives 62 sont conçues de façon à perturber le moins possible l'écoulement du fluide dans la conduite 14 par exemple dans le sens de la flèche 34, sur la figure 1. Dans le mode de réalisation représenté, chacune des ogives 62 est fixée sur la tige 56 de la butée 50 correspondante, au moyen d'une vis de pression 64 reçue dans un trou fileté 66 formé dans l'ogive 62 et dont l'extrémité prend appui sur la surface externe de la tige cylindrique 56. Le débitmètre selon l'invention comprend de plus des moyens pour mesurer la vitesse de rotation de la turbine 30, représentés schématiquement en 68 sur les figures 1 et 2. Ces moyens de mesure 68 sont fixés à l'extérieur du corps 6 2461928 cylindrique 12, par exemple dans un dégagement 70 formé sur celui-ci, de façon à détecter le passage des pales 32 de la turbine 30. Les moyens de mesure 68 peuvent âtre constitués par tous moyens connus tels que, par exemple, une cellule photoélectrique, un compteur magnétique, etc... Le débitmètre qui vient d'être décrit fonctionne de la façon suivante. Lorsqu'un fluide tel qu'un liquide ou un gaz cir- cule dans la conduite 14, par exemple dans le sens de la flèche 34 en considérant la figure 1, ce fluide exerce sur les pales 32 de la turbine 30 un couple fonction de son débit qui tend à faire tourner la turbine autour de son axe. La turbine 30 tourne à une vitesse proportionnelle au débit du fluide circulant dans la conduite 14. En consé- quence, la mesure de la vitesse de la turbine 30 effectuée par les moyens de mesure 68 permet de connaître la valeur du débit du fluide après un étalonnage préalable. En raison de sa constitution particulière, et notamment du montage de l'axe 40 de la turbine 30 dans les paliers 36 par l'intermédiaire de roulements planétaires portés par une cage reçue dans les paliers, et de la limita- tion du débattement de l'axe 40 au moyen de butées en maté- riau particulièrement résistant sur lesquelles viennent prendre appui les extrémités hémisphériques de cet axe, le débitmètre selon l'invention peut travailler dans des con- ditions de température et de pression particulièrement difficiles et supporter des vitesses, des accélérations et des inversions de débit du fluide très brutales. Ainsi, le débitmètre selon l'invention peut être utilisé en permanence et sans aucun graissage à une température d'environ 350'C, le fluide dont on mesure le débit étant pressurisé à environ bars. Il peut aussi et surtout supporter des régimes transitoires brutaux tant en température qu'en pression dans le cas par exemple d'une mesure de débit au cours d'une dépressurisation obtenue par ouverture d'une brâche à partir de 160 bars. Ce résultat est principalement obtenu grâce au 7 2 4 6 1928 remplacement du roulement à billes unique généralement utilisé pour supporter l'axe de la turbine par des roule- ments à billes satellites de plus petites dimensions qui permettent de diminuer de façon très sensible le jeu exis- tant entre l'axe et les roulements qui est rendu nécessaire afin d'éviter tout blocage par dilatation lorsque la tem- pérature s'élève rapidement. Cette caractéristique permet en effet de réduire sensiblement l'usure de l'axe 40 par rap- port aux débitmètres connus. En outre, les surfaces en con- tact de l'axe 40 et des butées 50 sont rectifiées et très petites en raison de la forme hémisphérique des extrémités de l'axe et le débattement axial de l'axe 40 peut être réglé, ce qui,ajouté à la nature des matériaux employés, permet au débitmètre selon l'invention de supporter des efforts axiaux importants dus aux variations brutales du débit de fluide à mesurer sans qu'il en résulte un dépla- cement et une usure rapide de l'axe 40 ou des roulements. Enfin, le support rigide des deux paliers permet d'obtenir une grande précision d'alignement de ceux-ci permettant aux roulements de travailler dans les meilleures conditions. On comprendra que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre d'exem- ple, mais en couvre toutes les variantes. A titre d'exemple, on notera que les roulements à billes planétaires 42 peuvent être remplacés par des roulements à rouleaux ou à aiguilles et que le montage du support tubulaire 26 peut s'effectuer d'une manière différente de celle qui vient d'être décrite. 2 46 1928 REVENDICATIONS 1. Déhitmètre prévu pour mesurer le débit d'un fluide circulant dans une conduite et comprenant une turbine dont la rotation est commandée par le fluide et des moyens de mesure de la vitesse de rotation de la turbine, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un support tubulaire susceptible d'être reçu dans la conduite et portant deux paliers disposés de part et d'autre de la turbine, cette dernière étant suppor- tée par un axe faisant saillie à l'intérieur desdits paliers pour coopérer avec des roulements satellites portés par des cages de roulements montées fixement dans lesdits paliers. 2. Débitmètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les extrémités de l'axe supportant la turbine sont hémisphériques et susceptibles de prendre appui sur deux butées montées dans lesdits paliers. 3. Débitmètre selon la revendication 2, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour régler le positionnement des butées dans les paliers. 4. Débitmètre selon l'une quelconque des revendica- tions 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend de plus deux ogives prolongeant les paliers de part et d'autre du support tubulaire, lesdites ogives étant creuses et fixées sur des tiges solidaires desdites butées. 5. Débitmètre selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que les cages de roulements portent des axes régulièrement espacés sur une circonférence centrée sur l'axe supportant la turbine, les roulements satel- lites étant montés sur lesdits axes. 6. Débitmètre selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le support comprend deux cylindres reliés par au moins une poutre longitudinale, chacun des cylindres portant l'un des paliers par des ailettes radiales. 7. Débitmètre selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite poutre fait saillie radialement vers l'exté- rieur pour coopérer avec une rainure correspondante formée dans la conduite, de telle sorte que le support est immobi- lise en rotation dans la conduite.