Brevet FR2504260A1 — publié le 19821022

La présente invention est relative à un dispositif de mesure de débit massique d'une matière solide en particules en suspension dans un fluide de transport,en concentration forte ou faible ou à l'état fluidisé. La présente invention vise plus particulièrement un dispositif de mesure d'un débit d'écoulement d'une matiere solide en particules en suspension dans un fluide qui est par exemple un gaz. Un exemple typique d'un tel écoulement étant fourni par une veine fluidisée de charbon pulvérisé ou de ciment en suspension dans de l'air de transport La présente invention a ainsi pour objet un dispositif de mesure du débit massique d'une matière solide en particules en suspension dans un fluide de transport s'écoulant sous forme d'une veine canalisée dans une conduite, caractérisé en ce qu'il comprend une conduite autour de laquelle est disposée une source de chaleur isolée thermiquement vers l'extérieur par un manchon isolant thermique et de part et d'autre de cette source de chaleur, disposés symétriquement par rapport à cette dernière, des moyens de mesure de la température de 11 écoulement fluide permettant de mesurer l'élévation de température dans cet écoulement. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, la source de chaleur est constituée d'une résistance électrique isolée enroulée autour de la conduite. Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, la source de chaleur est constituée par un tronçon central de la conduite, isolé électriquement des tronçons d'extrémité, qui est alimenté électriquement à ses deux extrémités et sert ainsi d'élément chauffant. Ce second mode de réalisation vise plus particulièrement à réduire l'inertie thermique du dispositif et améliore le temps de réponse. Les moyens de mesure de la température de l'écoulement fluide disposés de part et d'autre de la source de chaleur et à l'extérieur du manchon isolant thermique sont constitués par des éléments thermosensibles disposés à proximité de la paroi intérieure de la conduite, ou par des résistances thermo sensibles enroulées sur des tronçons d'extrémité de cette conduite, de part et d'autre du manchon isolant thermique, à l'extérieur de ce dernier, qui for ment avec deux autres résistances électriques étalonnées un pont de Wheastone permettant une lecture directe de l'élévation de tempé rature de l'écoulement fluide. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront au cours de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la Fig. 1 est une représentation schématique en cou pe d'un mode de réalisation selon la présente invention - la Fig. 2 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation du dispositif selon la présente invention - la Fig. 3 est une vue partielle en coupe d'un agence ment de la liaison d'extrémité duXronçon tubulaire centra' du mode de réalisation de la Fig. 2. Bien que le dispositif selon la présente invention puis se etre utilisé pour la mesure du débit massique de toute. particule solide; en suspension à forte densité dans un fluide en écoulement, la présente invention sera faite en référence à une veine diécoule- ment de charbon pulvérisé maintenu en phase dense à l'aide d'air de transport. Ces particules de charbon ont de préférence une taille inférieure à muni, bien que cette valeur ne soit pas limita tive. Le principe général de ce dispositif consiste à mesurer l'élévation de température qui est engendrée lorsqu'une énergie ca lorifique constante est dissipée dans la veine d'écoulement du mé lange de charbon pulvéri.EÉ,et de gaz de transport. Cette élévation de température est reliée pour er;e énergie calorifiqué dissipée donnée au débit de la masse calorifique de charbon et de gaz de transport, par une relation déterminée en fonction des caractéristiques du charbon et de sa densité dans l'air de transport. Cependant, étant donné que le charbon pulvérisé est présent dans l'écoulement gazeux en phase dense, set que la variation du débit de gaz de transport est faible ou nulle, on peut négliger cette variation, et la mesure précédemment effectuée donne une application directement proportionnelle au débit massique instantané de charbon. Le dispositif de mesure de débit représenté sur la Fig. 1 comporte une conduite tubulaire 1, autour de laquelle est enroulée une résistance électrique 2 convenablement isolée et calorifugée vers l'extérieur par un manchon isolant 3. Cette résistance électrique 2 est reliée parde bornes 4 et 5 à une source de courant extérieur non représentée. Dans cette résistance électrique 3 est dissipée une puissance électrique constante régulée, variable en fonction des applications envisagées, c'est à dire du débit massique de mélange fluide à mesurer. Deux thermocouples 6 et 7 sont disposés sur la conduite 1 respectivement en aval et en amont de la résistance 2, symétriquement par rapport à cette dernière, à l'extérieur du manchon isolant thermique 3.Ces thermocouples 6 et 7 eont reliés à un dispositif 8 permettant une lecture directe de la différence de température ss T du mélange en écoulement fluide avant et après le tronçon de la canalisation 1 compris dans l'isolant thermique 3 et chauffé par la résistance 2. On peut à l'aide d'un calibrage de ce dispositif de mesure relier le débit massique du mélange de particules solides et de gaz de transport à l'écart de température mesuré pour une puissance calorifique dissipée constante et ainsi déterminer le débit massique des particules solides seules. Selon un autre mode de réalisation de la présente invention ,le dispositif de mesure représenté à la Fig. 2 comporte untronçon central tubulaire 10 en acier réfractaire qui est directement utilisé commé élément chauffant destiné à dissiper l'énergie calorifique dans l'écoulement du mélange de charbon fluidisé et d'air de transport. Ce tronçon tubulaire 10 est alimenté à ses deux extrémités par des contacts annulaires il et 12 reliés par des éléments conducteurs 13 et 14 à une source de courant extérieure non représentée. Le tronçon tubulaire 10 et les contacts 11 et 12 sont noyés dans un manchon 15 isolant thermique et électrique qui est fermé à ses deux extrémités par des bagues annulaires 16 et 17 isolantes thermiques et électriques. Le tronçon tubulaire 10 est électriquement et thermiquement isolé à ses deux extrémités par des bagues réfractaires et isolantes électriques 18 et 19 fixées respectivement sous les bagues 16 et 17. Ces bagues 18 et 19 isolent le tronçon tubulaire 10 des tronçons tubulaires d'extrémité 20 et 21 situés dans le prolongement du tronçon tubulaire 10 et ayant le mame diamètre que lui. Les tronçons 20 et 21 portent respectivement enroulées autour d'eux des résistances thermosensibles 22 et 23 noyées dans des manchons isolants thermiques 24 et 25 respectivement. Ces résistances thermosensibles 22 et 23 forment avec deux résistances étalonnées 26 et 27 un pont de Wheastone classique alimenté en A et B qui permet directement, après I'étalonnage, de lire l'élévation de température AT du mélange de charbon pulvérisé et d'air de transport par mesure de potentiel entre C et D. Afin d'obtenir une résistance mécanique suffisante, l'ensemble constitué par le manchon 15, et les bagues 16 et 17 est inséré dans une enceinte métallique 28. Sur la Fig. 3 a été représenté un mode de réalisation du raccordement entre le tronçon tubulaire central 10 et les tronçons tubulaires d'extrémité 20 et 21. Le tronçon tubulaire central 10 comporte à chacune de ses extrémités une partie filetée 30 sur laquelle est vissée une bague annulaire 31 comportant une saillie annulaire 32 vers l'intérieur délimitant deux épaulements 33 et 34. La bague 31 comporte une partie taraudée coopérant avec le filetage de la partie 30 du tube 10 de sorte que la face d'extrémité de la partie 30 vienne en butée contre l'épaulement33 de la bague 31. Une bague annulaire 35 comportant une partie 36 en saillie vers l'extérieur délimitant deux épaulements 37 et 38 est insérée en butée contre l'épaulement 34 de la bague 31, d'une part, et une bague annulaire 39 d'autre part. La bague 35 est réalisée en un matériau réfractaire tel que la porcelaine par exemple. La bague 39 comporte vers son extrémité en regard de la bague 35 une partie annulaire 40 en saillie vers l'intérieur du tube délimitant deux épaulements 41 et 42. La bague 35 est ainsi maintenue contre l'épaulement 42 de la bague 39. Les épaulements 42,37,38 et 34 délimitant les faces de la bague 35 étant complémentaires. La bague 39 qui est réalisée en un métal tel que l'acier, comporte à son autre extrémité opposée à la partie 40 en saillie vers l'intérieur, une partie annulaire 42 en saillie vers ltextérieur, délimitant un épaulement 43. Cette bague 39 comporte un taraudage disposé sur la face intérieure,entre l'épaulement 41 et sa partie d'extrémité opposée à la partie en saillie 40,qui coopère avec une partie filetée correspondante ménagée sur ie tronçon tubulaire d'extrémité 20. Un manchon tubulaire isolant électrique 44 est enfilé sur les bagues 31 > 35 et 39 pour venir en butée contre l'épaulement 43 de la bague 39. Sur ce manchon isolant électrique 44 est enfilé un tube extérieur 45 muni à ses extrémités de parties filetées 46 coopérant avec un chapeau 47 muni d'un taraudage intérieur correspondant et venant s'appuyer contre la face d'extrémité de la partie 42 en saillie vers l1extérieutde la bague 39. Le tube extérieur 45 sert d'élément de solidarisation mécanique de l'ensemble et est réalisé par exemple en acier. Entre le tronçon tubulaire 10 et le tube extérieur 45 est disposé un manchon isolant thermique 48. Une borne 49 est vissée dans un trou ménagé dans la bague 31, après avoir traversé par des orifices correspon dans, respectivement les tubes extérieurs 45 et manchon. isolant électrique 44.L'orifice ménagé dans le manchon isolant électrique 44 correspond exactement au diamètre de la borne 49, alors que l'orifice ménagé dans le tube extérieur 45 est supérieur au diamètre de la borne 49 et reçoit une rondelle isolante électrique à collerette 50.Une rondelle de serrage 51 est placée sir la collerette de la-rondelle isolante électrique 50 et serrée contre elle par deux écrous 52 et 53 qui enserrent une partie -d'extrémité de l'élément conducteur 13. Etant donné qu'il peut etre nécessaire de dissiper une énergie électrique relativement importante dans le tronçon tubulaire central 10, on peut prévoir deux ou plusieurs bornes 49 dans la bague 31. L'élément tubulaire 10 est de préférence alimenté par un courant de faible tension et forte intensité de façon à pouvoir dissiper une quantité d'énergie calorifique maximale, sans pour autant que l'épaisseur du tube 10 soit trop faible. - REVENDICATIONS - 1 - Dispositif de mesure du débit massique d'une matière solide en particules en suspension dans un fluide de transport s 'écou- lant sous forme d'une veine canalisée dans une conduite, caractérisé en ce qu'il comprend une conduite (1) autour de laquelle est disposée une source de chaleur (2) isolée thermiquement vers l'extérieur par un manchon isolant thermique (3) et de part et d'autre de cette source de chaleur; disposés symétriquement par rapport à cette dernière, des moyens de mesure de la température (6, 7) de l'écoulement fluide permettant de mesurer l'élévation de température dans cet écoulement. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de chaleur est constituée par une résistance électrique isolée, enroulée autour de la conduite. 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de chaleur est constituée par un tronçon central de la conduite isolé électriquement des tronçons d'extrémité qui est alimenté, électriquement à ses deux extrémités. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de mesure de la température sont des thermocouples disposés à proximité de la paroi intérieure de la conduite. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de mesure de la tem pérature sont constitués par des résistances thermosensibles qui forment avec deux autres résistances électriques étalonnées un pont de Wheastone permettant une lecture directe de l'élévation de température de l'écoulement fluide.