Brevet FR2503356A1 — publié le 19821008

La présente invention se rapporte à une turbine de mesure comportant un rotor disposé dans un canal d'écoulement du corps de l'appareil de mesure et dont l'axe s'étend dans le sens du courant, des redresseurs de courant étant prévus en amont et en aval de la roue de turbine. Des débitmètres de ce type sont déjà connus et appartiennent au groupe des compteurs volumétriques à mesure indirecte. Ces débitmètres fonctionnent selon le principe du compteur à roue de Woltmann et servent à la mesure précise d'un courant volumétrique momentané ainsi qu'à la mesure volumétrique de liquides. Une roue de turbine roue à aubes ou à ailettes, de faible masse est montée de façon centrée, à l'intérieur d'un corps tubulaire et est soumise à un courant axial. Le fluide dont le débit doit être mesuré est régularisé par un redresseur de courant et arrive sur la roue à ailettes ou à aubes sous forme d'un courant sensiblement laminaire. La vitesse de rotation de la roue à ailettes est alors proportionnelle à la vitesse d'écoulement moyenne et correspond de ce fait, dans une large plage, au volume passant. La vitesse de rotation est mesurée de préférence sans effet rétroactif, par un capteur inductif traversant le corps tubulaire en matière non magnétique. Le nombre des impulsions par unité de temps est proportionnelle au courant volumétrique momentané et la vitesse de rotation de la roue à ailettes n'est pas influencée par la mesure des impulsions par voie inductive même pour un courant volumétrique minimum. Les déperditions hydrauliques dépendent cependant de la viscosité du fluide et de l'indice de Reynold. Afin de conserver ou d'augmenter l'effet maximum c'est-à-dire la plage de mesure étendue du compteur, on choisit pour la réalisation des paliers des matières de qualité et d'un faible coefficient de frottement et on diminue la masse des aubes ou ailettes en vue de réduire au maximum le couple de freinage. Ces améliorations se répercutent également sur la caractéristique de la courbe d'erreurs. De tels perfectionnements sont cependant tributaires, dans une large mesure de l'angle des aubes ou ailettes par rapport à 1''axe du rotor ainsi que du nombre des ailettes étant donné que ces facteurs déterminent également la vitesse périphérique de la roue de turbine. Les tendances visant à perfectionner les débitmètres à turbine connus en vue d'obtenir un appareil de mesure de grande précision sont à l'origine de perfectionnements se rapportent notamment à la forme de réalisation des aubes ou ailettes. On connaît, par exemple, des formes de réalisation dans lesquelles les ailettes créent deux pas différents, c'est-à-dire qu'elles présentent une pente plus prononcée dans la partie avant que dans la partie arrière de la roue de turbine. De ce fait, on obtient un plus grand effet de charge et des vitesses de rotation même pour des faibles débits permettant d'abaisser la limite inférieure des plages de mesure. Afin de ne pas atteindre des régimes de vitesse de rotation trop élevés pouvant provoquer une plus grande usure, les ailettes au niveau de la partie arrière de la roue de turbine, sont réaliséesde façon à présenter une plus faible pente créant l'effet compensateur nécessaire. La réalisation d'une roue de turbine dont les ailettes présentent deux pas différents est très onéreuse et de plus une roue de turbine de ce type ne convient pas à des plages de mesure très étendues. La présente invention se rapporte notamment à des turbines de mesure du type défini ci-dessus et destinées à mesurer des débits extrêmement élevés. Dans les turbines de mesure appartenant à l'état de la technique connu on doit se résigner à accepter une augmentation des tolérances d'erreurs lors de la mesure de débits importants. Un tel écart d'erreurs se produit notamment pour des liquides de vis- cosité élevée, par exemple, pour des fluides sans pression dans des installations hydrauliques. La présente invention est basée sur la connaissance qu'il est possible, en agissant sur le courant de liquide à la sortie de la turbine de mesure, d'influencer la vitesse de rotation du rotor de la turbine de manière définie et déterminée afin de pouvoir maintenir, pour des débits extrêmement élevés, les tolérances d'erreurs dans des limites qui correspondent aux limites d'erreurs apparaissant pour des plages de mesure habituelles des débitmètres connus. La présente invention a en conséquence pour objet d'indiquer des moyens qui, lors de débits très élevés et de vitesses d'écoulement pouvant atteindre 15 m/s pour des liquides de viscosité élevée et davantage pour des liquides de faible viscosité, permettent d'agir sur la vitesse de rotation de la turbine de mesure de la manière définie ci-dessus de façon que les tolérances d'erreurs ne franchissent pas les limites mentionnées plus haut. Les problèmes exposés ci-dessus sont résolus conformé- ment à l'invention par une turbine de mesure qui est caractérisée en ce qu'un élément d'ajustage influençant la vitesse de rotation de la roue de turbine par l'inter- médiaire du liquide à mesurer et qui, en étant réalisé en même temps sous forme de raccord de sortie, présente un élément de grandeur définie modifiant la section du canal d'écoulement est disposé à l'intérieur de ce dernier et en aval du redresseur de courant de sortie. Conformément à l'invention, l'élément d'ajustage est démontable et peut être remplacé par un autre. Suivant un perfectionnement de l'invention, la partie de l'élément d'ajustage modifiant la section de passage est réalisée de façon à former une zone intérieure conique du raccord de sortie. Lors de l'étalonnage d'une turbine de mesure en vue d'établir sa courbe d'erreurs caractéristique, les éléments d'ajustage présentent chacun un profil intérieur d'une coni- cité différente afin de pouvoir compenser les différences existant entre les courbes d'erreurs et provenant des tolé- rances de fabrication. Selon un perfectionnement de l'objet de l'invention, les divers éléments d'ajustage comportent des diaphragmes d'un diamètre intérieur différent en vue d'une compensation de la différence des courbes d'erreurs résultant des tolérances de fabrication. En raison des tolérances de fabrication et par suite d'effets de frottement différents, les caractéristiques d'erreurs des diverses turbines de mesure fabriquées et même celles des turbines réalisées sur la base de plans de construction identiques donnent des courbes d'erreurs différentes. La plupart des turbines présentent une caractéristique d'erreurs qui diminue fortement pour des débits élevés ce qui a pour effet d'abaisser sensiblement la limite supérieure de la gamme de mesure. Lors des débits extrêmement élevés la cour- be d'erreurs de turbines de mesure de conception classique présente un fléchissement tel que ces turbines ne peuvent pas être utilisées pour effectuer des mesures dans ces plages élevées. Par le choix de cônes appropriés il est maintenant possible d'inverser, dans la mesure désirée le sens du fléchissement de la courbe d'erreurs. La présente invention offre la possibilité d'agir sur la vitesse de rotation de la roue de turbine de façon à obtenir des valeurs de mesure utilisables et reproduc- tibles également pour des débits extrêmement élevés et même pour de courbes initiales présentant une dispersion impor- tante. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, aux dessins annexés. La fig. 1 est une coupe longitudinale d'une turbine de mesure. La fig. 2a est une coupe longitudinale partielle montrant un raccord de sortie qui est réalisé sous forme d'un raccord de robinetterie; les chiffres figurant au dessin représentent les cotes d'usinage. La fig. 2b est une coupe analogue à celle de la fig.2a mais les cotes d'usinage sont remplacées par des références. La fig. 3 représente des courbes d'erreurs carac- téristiques lors de l'utilisation de différents éléments d'ajustage en comparaison à une seule courbe d'erreurs de départ. La fig. 1 représente, en coupe longitudinale, une turbine de mesure en grandeur nature. Le corps 14 délimite un canal d'écoulement 15 de section circulaire et qui présente une entrée 16 et une sortie dans laquelle est monté un raccord fileté 56. La flèche 13 indique le sens d'écoulement du fluide. Un redresseur de courant 18 qui présente par exemple six tôles de guidage fixées par leur extrémité en regard de l'entrée à un anneau 30 et servant en même temps au maintien de l'axe 2 de la roue de turbine, est prévu à l'intérieur du canal décou- lement 15 et à proximité du raccord d'entrée 16. Un corps hydrodynamique 19 est prévu sur l'extrémité de l'axe 2 de la roue de turbine afin de réduire la formation de turbu- lences. D'autres corps hydrodynamiques 20, 21, 22 sont dis- posés en amont et en aval de la roue de turbine 4 ainsi que sur l'extrémité, en regard de la sortie de l'axe 2. Le corps hydrodynamique 20 est réalisé de façon à diriger le liquide vers la zone des ailettes de la roue de turbine. Un autre ensemble de tôles de guidage 23 servant également au redressement du courant, est monté immédiatement à la suite du corps hydrodynamique 21. La fig. 2a montre, partiellement en coupe longi- dutinale un raccord de sortie 56 qui est réalisé sous forme d'un raccord tubulaire de robinetterie. La fig. 2a indique en millimètres les cotes essentielles d'un exemple de réalisation. La fig. 2b représente le même exemple de réalisa- tion que la fig. 2a mais avec les références. Le raccord de sortie 56 est muni d'un filetage 53 de façon qu'il puisse servir en même temps de raccord de liaison. La flèche 13' figurant sur l'hexagone indique les sens de l'écoulement du liquide. Sur son côté par lequel arrive le liquide le raccord de sortie 56 présente un autre filetage 54 permettant de remplacer facilement un raccord par un autre. Au niveau de son entrée le raccord 56 comporte un diaphragme intérieur 52 auquel se raccorde directement un cône intérieur 51. Comme cela ressort de la fig. 2a, le cône intérieur 51 de l'exemple de réali- sation illustré, présente un angle au sommet de 80 tandis que le diamètre intérieur du diaphragme est de 22mm. La longueur totale du cône intérieur et du diaphragme est de 46, 8 mm, à son extrémité le cône atteignant un diamètre de 20 mm. Au niveau de l'extrémité de sortie du cône 51 est prévu un collet 55 contre lequel s'applique, sans former de gradin, un conduit tubulaire de liaison non représenté. La fig. 3 représente une courbe d'erreurs caractéris- tique pour une zone d'erreur de + 1% et qui, pour une tur- bine de mesure de la dimension représentée, s'étend jusqu'à un débit de 500 litres par minute. La caractéristique d'une turbine de mesure habituelle débute au point A coupe la limite d'erreur de - 1 % au point B. Le débit est alors d'environ 280 litres par minute. Dans cette zone les moyens faisant l'objet de la présente invention commencent à produire leur effet et lors de l'utilisation d'un élément d'ajustage présentant les cotes suivant la fig. 2a, c'est-à-dire un dia- phragme d'un diamètre de 22 mm et un cône intérieur présen- tant une inclinaison de 8 %, on obtient une courbe d'erreurs caractéristique qui coupe la limite de - 1 % au point D. Lorsqu'on utilise un diaphragme d'un diamètre de 21,5 mm le point d'intersection de la courbe d'erreurs caractéris- tique se trouve en C et lorsqu'on utilise, par contre, un diaphragme d'un diamètre de 22,5 mm, il n'est plus possible de relever un point d'intersection de la courbe d'erreurs corrigée avec la limite de -1 %pour les débits élevés mentionnés ci-dessus. La présente invention montre qu'il est possible, en utilisant des moyens appropriés de la technique des fluides d'influencer l'allure de la courbe d'erreurs caractéristique de façon à pouvoir redresser et inverser les allures négatives des courbes dans leur zone à forte pente descendante. De ce fait on obtient des limites pour des plages de mesure qui ne sont déterminées qu'uniquement par les dimensions des turbines de mesure et des valeurs limites en résultant des pertes de charge à l'intérieur du canal d'écoulement et de mesure ou par les valeurs limites de la vitesse découlement admissible. E 1 - Turbine de mesure c.c,nt un rotor dismosé dans un canal d'écoulement du corps de!'appareil de r.esurú et dont l'axe s'étend dans le sens du courant, des redresseurs de courant étant prévus en amont et en aval de la roue de turbine, caractériséeen ce qu'un êien% d'aiustaze (5O) influençant la vitesse de rozation de La roue de udLena (4) par l'intermédiaire du licuide a mesurer et qui, en ézant réalisé en même tepns sous fcrme de. raccord de sortie (56) présente un élément de grandeur définie modifiant la section du canal d'écoulement (15), est disposé à l'intérieur de ce dernier et en aval du redresseur de courant de sortie (23). 2 - Turbine de mesure selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément d'ajustage ou d'étalonnage (50) est démontable et peut être remplacé par un autre. 3 - Turbine de mesure suivant l'une des revendica- tions 1 et 2, caractérisée-en ce que la partie modifiant la section d'écoulement de l'élément d'ajustage (50) est réalisée sous forme d'un cône intérieur du raccord de sortie et de liaison (56). 4 - Turbine de mesure suivant la revendication 3, caractériséeen ce que les différents éléments d'ajustage (50) présentent chacun un profil intérieur (51) d'une conicité différente pour compenser les différences existant entre les courbes d'erreurs et provenant de tolérances de fabrication. - Turbine de mesure suivant la revendication 1, caractériséeen ce que les divers éléments d'ajustage (50) comportent chacun un diaphragme de diamètre intérieur différent pour compenser la différence des courbes d'erreurs résultant des tolérances de fabrication. 6 - Turbine de mesure suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'élément d'ajustage (50) présente un cône intérieur (51) qui est précédé d'un diaphrag- me d' écoulemnt (52). -