Brevet FR2503354A1 — publié le 19821008

La présente invention se rapporte au rotor de tur- bine d'un débitmètre à prélèvement inductif des impulsions comportant une roue motrice de forme essentiellement cy- lindrique et dont les aubes sont réalisées sous forme de plaques planes qui présentent un angle l par rapport à l'axe du rotor. Les débitmètres de ce type sont connus et ils ap- partiennent au groupe des compteurs volumétriques à mesure indirecte qui fonctionnent selon le principe du compteur à roue de Voltmann et qui conviennent particulièrement bien à la mesure précise d'un courant volumétrique momentané ainsi qu'à la mesure volumétrique de liquides. Dans ces compteurs un rotor de turbine de faible masse et monté de façon centrée dans un corps tubulaire est soumis à un cou- rant axial, le fluide à mesurer dont le mouvement est régularisé par un redresseur de courant venant en contact avec la roue de turbine sous la forme d'un courant quasi laminaire. La vitesse de rotation de la roue de turbine est alors proportionnelle à la vitesse d'écoulement moyenne et correspond de ce fait, pour une plage large, au volume débité. La vitesse de rotation de la roue de turbine est mesurée, de préférence sans effet rétroactif et à travers le corps tubulaire non magnétique, au moyen d'un capteur inductif. Le nombre des impulsions par unité de temps est proportionnel au courant volumétrique momentané et la vi- tesse de rotation de la roue de turbine n'est pas influen- cée par la détection inductive des impulsions même lors d'un très faible courant volumétrique. Les déperditions hydrauliques sont cependant fonction de la viscosité et de l'indice de Reynolds. 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 friction et on diminue la masse des aubes en vue de réduire au maximum le couple de freinage. Ces améliorations se répercutent également sur la caractéristique de la courbe d'erreurs. Les perfec- tionnements de cette nature sont cependant tributaires, dans une large mesure, de l'angle sous lequel se trouvent les aubes par rapport à l'axe du rotor ainsi que du nombre des aubes étant donné que ces facteurs déterminent égale- ment la vitesse périphérique de la roue de turbine. Les tendances visant à perfectionner les débitmètres connus à turbine pour obtenir un appareil de mesure de grande précision sont à la base de perfectionnements se rapportant notamment à la forme de réalisation des aubes ou ailettes. On connalt, 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 une course du fluide moteur plus intense pour de faibles quantités et des régi- mes de vitesse de rotation même pour de faibles débits qui permettent 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 situées dans la partie arrière de la roue de turbine sont réalisées de façon à présenter une plus faible pente en créant l'effet compensateur nécessaire. La réalisation d'une roue à ailettes à pas diffé- rent est cependant très onéreuse et une roue à ailettes de ce type présente en outre l'inconvénient de ne pas conve- nir à des plages de mesure très étendues. Une autre forme de réalisation connue et basée sur la roue de Woltmann comporte six aubes qui occupent tout le diamètre tandis que six autres aubes sont plus courtes c'est-à-dire qu'elles présentent sensiblement la moitié de la hauteur des premières aubes. Cette construction est connue sous le nom de "aubes étagées". Dans cette forme de réalisation les aubes sont planes. Grâce aux aubes intermé- diairesil est possible de renforcer la formation de couches limites au niveau des pales des aubes pour de faibles débits. De ce fait les surfaces des pales extérieures sont davantage sollicitées ce qui augmente la sensibilité du compteur et permet d'abaisser la limite inférieure de la plage de mesure. La réalisation d'une roue de turbine de ce type est également très onéreuse. La présente invention est basée sur la connaissance que le coefficient de friction par glissement est toujours inférieur au coefficient d'un frottement statique et qu'on peut tenir compte de cette relation pour les conditions de démarrage de roues de turbine. En d'autres mots, un corps qui est mis en mouvement par une poussée ou par une force agissant sous forme d'impulsion. nécessite l'application d'une plus faible force qu'un corps soumis à une force qui augmente progressivement de façon continue. La présente invention a pour objet de perfectionner la roue motrice d'un rotor de turbine de façon que la résis- tance dde au frottement statique d'une roue de turbine à l'arrêt soit surmontée pour une vitesse d'écoulement extrê- mement faible du fluide afin d'élargir la plage de mesure pour des courants faibles. A cet effet on peut utiliser, parmi d'autres mesures, notamment des forces se produisant sous forme dtimpulsionset qui conformément à l'invention doivent être créées de façon à produire l'effet recherché sur la roue motrice arrêtée. Les problèmes exposés ci-dessus sont résolus confor- mément à l'invention par un rotor de turbine qui est carac- térisé en ce que les surfaces de base situées entre les ailettes de la roue motrice sont des surfaces planes qui forment avec les surfaces adjacentes des ailettes des li- gnes droites s'étendant parallèlement les unes aux autres. GrAce à cette forme de réalisation suivant l'inven- tion les bords du côté du courant partant des surfaces de base ne se trouvent plus au ras du corps soumis au courant arrivant et au courant partant et des surfaces triangulaires se forment sur les côtés frontaux de la roue à ailettes vue dans le sens axial de cette dernière de façon à créer des bords pour le courant arrivant et le courant partant au niveau des surfaces frontales de la roue à ailettes. Les bords soumis au courant partant créent dans une suc- cession irrégulière des turbulences qui transmettent à la roue à ailettes des forces sous forme d'impulsions qui sont suffisamment élevées pour surmonter facilement le frotte- ment statique produit par la roue à ailettes à l'état de repos. Lorsque les ailettes sont soumises au courant arri- vant il se produit en coopération avec la position oblique des ailettes une composante de force dirigée dans le sens périphérique de la roue à ailettes et crée une force de rotation. On obtient ainsi, en coopération avec les forces se présentant sous forme d'impulsions que le frottement statique de la roue à ailettes soit déjà surmonté pour de très faibles vitesses d'écoulement ce qui élargit la plage de mesure pour de faibles courants. Selon une autre caractéristique de l'invention, les normales de surface se trouvant à la mime distance de l'une des surfaces frontales de la roue à ailettes et qui sont érigées sur-les lignes médianes des surfaces de base s'éten- dant dans le sens de l'écoulement du fluide se coupent en un point de l'axe de la roue à ailettes. Par cette mesure il est possible de modifier les bords de décollement effectifs ce qui permet d'agir sur l'effet recherché. Il est avantageux que les normales de surface pas- sant par le centre de gravité de toutes les surfaces de base coupent l'axe de la roue à ailettes en un seul point. Dans cette forme de réalisation suivant l'inventionj les bords de décollement sur les deux c8tés frontaux de la roue à ailettes présentent la même longueur. Les surfaces frontales de la roue à ailettes sont de préférence planes ce qui présente d'une part un avantage en ce qui concerne la formation de turbulences désirée et, d'autre part, l'avantage d'une fabrication plus facile de la roue à ailettes. Les lignes de base forment avec l'axe du rotor un angle 5 qui est compris entre 200 et 30e. Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse l'angle 0 est de 25e. Grâce à cet angle même de très faibles vitesses d'écoulement du fluide créent déjà des forces suffisantes qui, après annulation du frottement statique, peuvent créer un mouvement de rotation. Diverses autres caractéristiques de l'invention res- sortent 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 des- sins annexés. La fig. 1 représente, en coupe longitudinale, une turbine de mesure. La fig. 2 représente, à plus grande échelle, un secteur d'une roue à ailettes. La fig. 3 montre une roue à ailettes dont seules quelques ailettes sont représentées. La fig. 4 montre une courbe d'erreurs caractéristi- que d'un appareil de mesure suivant l'invention en compa- raison à une courbe caractéristique d'un appareil de me- sure appartenant à l'état connu de la technique. La fig. 1 montre en coupe longitudinale un débitmè- tre sensiblement de grandeur nature. Le corps 14 délimite un canal d'écoulement 15 de section circulaire et présente une entrée 16 et une sortie 17 munies d'un taraudage. La flèche 13 indique le sens de l'écoulement du fluide. Immé- diatement derrière le raccord d'alimentation le canal d'é- coulement contient un redresseur de courant 18 comprenant par exemple six tôles de guidage qui sont fixées sur le côté-entrée à une bague 30 et servent en même temps au maintien de l'axe 2 du rotor. Afin de réduire la formation de turbulences un corps hydrodynamique 19 est prévu sur l'extrémité de l'axe 2 en regard de l'entrée 16. D'autres corps hydrodynamiques 20, 21 et 22 sont disposés en amont et en aval de la roue à ailettes 4 ainsi que sur l'extré- mité, en regard de la sortie 17, de l'axe 2. Le corps hydrodynamique 20 est réalisé de façon que le liquide s'écoulant en direction de la roue à ailettes arrive dans la zone des ailettes. Un autre ensemble de t8les de gui- dage 23,servant également au redressement du courant, est prévu immédiatement après le corps hydrodynamique 21. Un alésage 24 pour monter un capteur d'impulsions par voie inductive 25 est prévu dans le corps 14 et à pro- ximité de la zone périphérique de la roue à ailettes 4. Le corps 14 présente encore d'autres alésages 26 et 27 qui, au dessin, sont obturés par des capuchons 28 et 29 et qui servent au montage de capteurs de pression. La fig. 2 est une coupe effectuée dans le plan mé- dian d'une roue à ailettes 4 et représentant un secteur de celle-ci. Les surfaces de base 3 délimitées par les ailettes 1 sont planes et forment avec les surfaces adja- centes 8 et 9 des ailettes des lignes de base rectilignes et 6 qui s'étendent parallèlement l'une à l'autre. Les normales de surface 7 passant par le centre de gravité de toutes les surfaces de base 3 coupent l'axe 2 du rotor en un seul point. Comme bela ressort de la fig. 1, les surfaces frontales 10 de la roue à ailettes 4 sont planes. A la même figure on voit également l'angle 0 qui est formé par l'axe 2 de la roue à ailettes 4 et les lignes de base 5 ou 6 des surfaces des ailettes. La fig. 4 montre, en trait plein, la courbe d'er- reurs caractéristique d'un débitmètre suivant l'invention et la courbe caractéristique, en trait interrompu, d'un débitmètre faisant partie de l'état connu de la technique. Comme cela ressort clairement de l'allure de la courbe, la courbe de mesure commence lors d'une erreur de -1 % pour un débit de 18 1 par minute, cette valeur de mesure concrète se rapportant à une forme de réalisation suivant l'inven- tion. La courbe monte très rapidement et atteint son maxi- mum même pour une faible augmentation du débit, ce maximum représentant la valeur qu'on atteint également mais pour un débit plus important avec des roues à ailettes de l'état connu de la technique. Lorsqu'on compare les deux courbes on peut consta- ter que le début de la mesure du débitmètre suivant l'in- vention se trouve déplacé dans le sens de plus faible débit ce qui permet un élargissement sensible de la plage de mesure. Un autre avantage de la présente invention réside dans la fabrication plus simple des roues à ailettes du fait qu'il suffit de prévoir un seul réglage de la fraise lors de la réalisation des ailettes. En conséquence on peut supprimer les opérations d'usinage supplémentaires, ce qui réduit le prix de revient de la roue à ailettes. REVENDICATIONS 1 - Rotor de turbine d'un débitmètre à prélèvement inductif des impulsions comportant une roue motricede forme essentiellement cylindrique et dont les aubes sont réalisées sous forme de plaques planes qui présentent un angle 0 par rapport à l'axe du rotor, caractérisé en ce que les surfaces de base (3) situées entre les ailettes (1) de la roue motrice (4) sont des surfaces planes qui forment avec les surfaces (8, 9) adjacentes des ailettes des lignes droites (5, 6) s'étendant parallèlement les unes aux autres. 2 - Rotor suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les normales de surface (7) se trouvant à la même distance de l'une des surfaces frontales (10) de la roue à ailettes (4),et qui sont érigées sur les lignes médianes (11) des surfaces de base s'étendant dans le sens de l'écoulement du fluide, se coupent en un point (12) de l'axe (2) de la roue à ailettes (4). 3 - Rotor suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les normales de surface (7) passant par le cen- tre de gravité de toutes les surfaces de base (3)coupent l'axe (2) de la roue à ailettes (4) en un seul point. 4 - Rotor suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les surfaces frontales (10) de la roue à ailettes (4) sont planes. - Rotor suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les lignes de base (S, 6) forment avec l'axe (2) du rotor un angle 0 qui est compris entre et 300. 6 - Rotor suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'angle e est de 25.