Brevet FR2508634A1 — publié le 19821231

La présente invention se rapporte à un débitmètre qui comprend un corps générateur de tourbillons placé dans le tuyau ou le conduit, transversalement à la direction de déplacement du fluide pour opposer une résistance à l'écoulement de celui- ci, et présentant un profil dont la section se compose, de sur- faces géométriques individuelles différentes, et dans lequel la fréquence des tourbillons de Karman produits est mesurée par un dispositif de détection. Dans les débitmêtres du type compteurs de tourbillons, il est connu d'utiliser, pour assurer le décollement des tourbil- lons de Karman des corps formant obstacles qui ont une section circulaire, triangulaire, rectangulaire, trapézoïdale ou une autre section géométrique analogue Or, on a constaté que le décollement de ces tourbillons et, partant, la courbe de cor- rection d'un tel compteur de tourbillons pouvait être influencé par la forme géométrique de la section du corps utilisé Toute- fois, jusqu'à présent, il n'a pas été possible avec les profils connus de ces corps d'obtenir une courbe d'erreur ou de correc- tion ayant une linéarité suffisante pour des mesures de préci- sion En particulier, dans le domaine des faibles nombres de Reynolds on constate une montée relativement précoce de la cour- be d'erreur. Il existe également des compteurs de tourbillons compor- tant des corps formant obstacles dont la section du profil se compose d'une combinaison de plusieurs surfaces géométriques individuelles différentes C'est ainsi, par exemple, que la demande de brevet allemand no 2 458 901 décrit un corps formant obstacle qui présente, du côté amont, une surface trapézoïdale à laquelle fait suite, en considérant le sens de l'écoulement, une surface rectangulaire Or, la courbe d'erreurs correspon- dant à ce corps présente, dans le domaine des nombres de Reynolds moyens une courbure excessive, de sorte que ce corps ainsi pro- filé ne permet pas lui non plus d'effectuer des mesures très précises Il en est de même des autres corps formant obstacles connus composés de plusieurs surfaces individvolles différentes, dont le profil ne permet également pas une precision suffisante. La présente invention s'est fixé pour but, avec une faible absorption d'énergie d'écoulement, d'obtenir sur toute l'éten- due du domaine de mesure, en particulier, aussi au voisinage de la limite inférieure de ce domaine, une courbe caractéristique d'erreurs le plus possible horizontaledans le compteur de tour- billons. Selon l'invention, la solution est apportée à ce problè- me par le débitmètrè du type spécifié en préambule, qui se ca- ractérise en ce que le profil du corps générateur de tourbil- lons se compose d'une section rectangulaire à laquelle se rac- corde en aval, en considérant la direction de l'écoulement du fluide, une section trapézoïdale s'effilant dansladite direction d'écoulement et formant un gradin avec cette section rectangulai- re, et en ce que le rapport de l'épaisseur de la section rectan- gulaire sur sa hauteur est compris entre 0,3 et 0,6, tandis que le rapport de la hauteur de celle des faces frontales de la sec- tion trapézoïdale qui est raccordée à la section rectangulaire sur la hauteur de la section rectangulaire est d'environ 3/4. L'invention est basé sur la découverte qu'un corps de forme rectangulaire ne prélève de l'écoulement, comparativement à des corps ayant des arêtes de décollement plus vives, relati- vement peu d'énergie du courant de fluide, tout en provoquant un décollement tourbillonnaire suffisamment défini Toutefois, on a également constaté, qu'un tel corps purement rectangulaire présente un nombre de Strouhal qui est fortement dépendant de la direction d'impact ou d'afflux du fluide On modifie cette direction d'afflux en faisant varier le point d'arrêt sur la surface amont du corps, mais dans ce cas, l'afflux oblique va- rie avec le nombre de Reynolds car les lignes d'écoulement pré- sentent, en amont du corps, lorsque les nombres de Reynolds va- rient, des courburesqui sont également variables. Pour remédier à l'inconvénient que représente la varia- tion du nombre de Strouhal, on raccorde, à la section rectangu- laire du corps formant obstacle, une section trapézoïdale dont la face frontale accolée à la section rectangulaire est plus étroite que la hauteur du rectangle> de sorte que l'on obtient aux deux points de transition un décrochement nettement marqué. Cette section trapézoïdale particulière a pour effet de diminuer considérablement la dépendance de la variation du nombre de Strouhal de la direction d'arrivée du fluide et, partant, du nombre de Reynolds de celui-ci. La discontinuité entre la section rectangulaire et la sec- tion trapézoïdale du corps formant obstacle a, en premier lieu, pour effet d'augmenter le volume de fluide mis en mouvement par les tourbillons, tandis que la surface inclinée de la section trapézoïdale réduit progressivement l'obturation de la section libre du conduit, ce qui assure une certaine retenue de l'écou- lement sous l'effet des tourbillons, pendant le temps du pas- sage de la section trapézoïdale Par cet effet de "retenue", la courbure des lignes d'écoulement du fluide est maintenue, en amont du corps, à une valeur plus faible et aussi approximative- ment constante Cette section trapézoïdale a également pour ef- fet d'éviter que les tourbillons qui se décollent alternative- ment du corps ne puissent se gêner mutuellement. Le fait d'adopter pour l'épaisseur d de la section rec- tangulaire un rapport sur sa hauteur H compris entre 0,3 et 0,6 a pour effet d'assurer que le côté relativement long de la sec- tion rectangulaire ne prélàve que relativement peu d'énergie du tourbillon pendant sa formation De plus, la coopération de la section rectangulaire et de la section trapézoïdale, c'est à di- re, la réduction des variations du nombre de Strouhal par sui- te du prolongement de l'effet de retenue par le trapèze, permet d'allonger la partie horizontalede la courbe d'erreurs avec un minimum de consommation d'énergie d'écoulement On a en particu- lier constaté dans le domaine des faibles nombres de Reynolds, une extension remarquable de la-région linéaire de la courbe d'erreurs. Selon un développement de l'invention, les deux côtés in- clinés de la section trapézoïdale présentent un même angle d'in- clinaison d del O à 25- par rapport à l'axe du tuyau et la longueur de la section trapézo dale représente, dans la direction de l'écoulement, de 0,5 à 0,7 fois la longueur totale du corps for- mant obstacle Avec une section trapézoïdale ayant une telle forme, on obtient, grâce à la réduction notable des pertes dues aux tourbillons, une courbe d'erreurs ayant une allure optimale. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite sans aucun caractère limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un tuyau renfermant un compteur de tourbillons pourvu d'un élément géné- rateur de tourbillons conforme à l'invention; et, la figure 2 est une vue en coupe effectuée suivant la li- gne II-II de la figure 1. Un corps générateur de tourbillons I est fixé au centre du tuyau 2 Ce corps s'étend transversalement sur tout le dia- mètre du tuyau 2 et présente un profil, représenté sur la figu- re 2, se compose d'une section rectangulaire 3 en amont, en con- sidérant la direction du fluide, à laquelle se raccorde direc- tement une section trapézoïdale aval 4 La face frontale 5 de la section trapézoïdale 4, qui est raccordée à la section rec- tangulaire 3, a une largeur inférieure à la hauteur H de la sec- tion rectangulaire 3, ce qui a pour conséquence de produire des gradins ou, des décrochements 6 et 7 sur le corps 1 Le rapport de l'épaisseur d de la section rectangulaire 3 sur sa hauteur H est compris entre 0,3 et 0,6, tandis que la rapport de la hau- teur h de la face frontale 5 de la section trapézoldale 4 adja- cente à la section rectangulaire 3 à la hauteur H de la section rectangulaire 3 est d'environ 3/4 En outre, les deux côtés in- clinés 8 et 9 de la section trapézoidale 4 ont un même angle d'inclinaison i de 10 à 250 par rapport à l'axe du tuyau et la longueur 1 de la section trapézoïdale 4 dans la direction du fluide représente de 0, 5 à 0,7 fois la longueur totale L du du corps 1. Sur les arêtes 10 et Il du corps 1, décollent alternati- vement des tourbillons de Karman 12 et 13 dont la fréquence est fonction de la vitesse d'écoulement du fluide circulant dans le tuyau 2 Au voisinage du corps 1, la paroi du tuyau 2 est percée de deux trous de détection 14 et 15 qui assurent la propagation des fluctuations de pression dues aux tourbillons de Karman 12 et 13 vers un canal de mesure 16 dans lequel est installé un capteur 17 sensible à la pression ou à la vitesse du fluide. Ce capteur 17 transmet le signal de mesure, c'est à dire, la fré- quence des tourbillons de Karman 12 et 13 qui se sont détachés du corps 1 à un dispositif électronique d'exploitation, non représenté. REVENDICATIONS 1 Débitmètre qui comprend un corps générateur de tour- billons placé dans le tuyau, transversalement à la direction de déplacement du fluide pour opposer une résistance à l'écoulement de ce dernier, et présentant un profil dont la section se com- pose de surfaces géométriques individuelles différentes, ce dé- bitmètre dans lequel la fréquence des tourbillons de Karman produits est mesurée par un dispositif de détection, se ceractéri- sant en ce que le profil du corps générateur de tourbillons ( 1) se compose d'une section rectangulaire ( 3) a laquelle se raccorde en aval, en considérant la direction de l'écoulement du fluide, une sec- tion trapézoodale ( 4) s'effilant dans ladite direction d'écoulement et formant un gradin ( 6, 7) avec la section rectangulaire, et en ce que le rapport de l'épaisseur (d) de la section rectangulaire ( 3) sur sa hauteur (H) est compris entre 0,3 et 0,6, tandis que le rap- port de la hauteur (dh) de celle des faces frontales ( 5) de la section trapézoïdale ( 4) qui est raccordée à la section rectan- gulaire sur la hauteur (H) de la section rectangulaire ( 3) est d'environ 3/4. 2 Débitmètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux côtés inclines ( 8, 9) de la section trapézo da- le ( 4) présentent un meme angle d'inclinaison O Cde 10 à 25 par rapport à l'axe du tuyau et en ce que la longueur ( ) de la sec- tion trapézoïdale ( 4), représente, dans la direction de l'écoule- ment, de 0,5 à 0,7 fois la longueur totale (L) du corps généra- teur de tourbillons ( 1).