Brevet FR2537720A1 — publié le 19840615

a présente invention a trait au domaine des dispositifs destinés a mesurer le débit et/ou la vitesse d'écoulement d'un liquide. Elle concerne tout spécialement une nouvelle turbine destinée a équiper un compteur d'eau ou autre liquide selon la technique dite a jets multiples. Les compteurs d'eau dits " de première prise par exemple ceux installés au pied d'un immeuble, peuvent être classés en deux groupes principaux â savoir les compteurs volumétriques de types à piston ou a disque oscillant ou encore a cylindre tournant ; et les compteurs rotatifs dits de vitesse dans lesquels on mesure le volume d'eau écoulé à partir du nombre de tours accomplis par un dispositif rotatif mis en mouvement par le liquide.Ce dernier peut être du type soit â jet unique-, comme par exemple une roue de moulin dans l'eau, soit à jets multiples ou multi- jets" auquel cas une turbine (ou rotor) est disposée dans un distributeur cylindrique percé de deux rangées superposées de trous servant respectivement à l'entrée et à l'éva- cuation de l'eau dont la vitesse entraine la turbine1 cette dernière étant équipée sur son axe d'un totalisateur à aiguilles tournantes ou à rouleaux numérotés pour la mesure du fluide débité. L'invention se place dans le cadre de ces dispositifs multijets et propose une notable amélioration dans le système de la turbine. Pour mieux comprendre le cheminement de l'idée inventive et l'intérêt du perfectionnement apporté, on rappellera ci-dessous la structure et les limites de fonctionnement du système connu à jets multiples, en se reportant aux dessins schématiques des figures 1 à 5 des plant ches annexées, qui représentent Figure 1 : une vue en perspective d'un distributeur conventionnel et de sa turbine Figure 2 ç une vue de dessus du fond du distributeur avec représentation de-s orientations du flux-liquide d'entrée; .Figure 3 : le cheminement d'une veine liquide au sein du distributeur pendant la rotation de la turbine figure 4 : l'organisation du flux au sein des diverses parties du distributeur ; Figure 5 : une vue de dessus d'une turbine conventionnelle. Dans un tel dispositif classique à multijets, le boîtier du distributeur 1 est muni de perforations, à intervalles réguliers, qui sont toutes orientées selon des plans de perçage décalés entre eux de façon telle que le flux d'entrée et de sortie s'écoule tangentiellement (ou le plus près possible) aux parois du distributeur. Ainsi, le cylindre 1 comporte une première rangée inférieure de trous 2 destinés à l'introduction du fluide (par exemple de l'eau) selon les flèches 3 et, au-dessus du décrochement 4 du boîtier, une seconde rangée supérieure de trous 5 servant à l'évacuation de l'eau vers l'orifice de sortie du compteur selon les flèches 6.Une turbine 7 est disposée au sein du boîtier cylindrique 1 dont le téton central 8 s'engage dans la partie creuse de l'axe 9 de la turbine, ce dernier étant surmonté de la tige nervurée PO qui sera reliée au totalisateur du capteur. Le flux d'entrée d'eau 3 qui sert à leentrai nement de la turbine 7 suit, depuis un orifice d'entrée 2' jusqu'S un orifice de sortie 5' un parcours helicoidal,il lustré sur la figure 3 > qui communique à la turbine une for- ce F pouvant se décomposer en une force F entraînant la turbine en rotation et une force FA communiquant à la turbine un mouvement ascendant. La force F A est destinée à vaincre l'action de la pesanteur afin d'annuler les con traintes de frottement qui font obstacle à la force F R aux petits débits. En régime turbulent, la force F R est sensiblement proportionnelle au carré du débit de flux d'entrée dans le distributeur. Pour obtenir une vitesse de rotation de turbine parfaitement proportionnelle au débit condition indispensable pour la précision. du compteur - est nEces- saire de créer une force antagoniste à- F R de façon telle que la résultante de cette force soit directement propos tionnelle au débit. Ce résultat est généralement atteint par la création d'une série de nervures dans le boîtier cylindrique 1,-par exemple celles disposées en étaie et numérotées 11 sur le fond du boîtier figure 2.Dans un système tel que celui décrit, l'organisation du flux peut alors être considérée comme se répartissant d'une part en un courant hélicoïdal H, illustré paroles zones noires de la figure 4, sur la périphérie interne du distributeur ou boîtier 1 et, d'autre part, en une zone tourbillonnaire centrale M qui sera dénommée Maelström ou Malstrom au cours de la présente description. Les turbines utilisées jusqu'à présent dans les compteurs à eau multijets sont constituées, comme on peut le voir sur les figures 1 et 5 , par des pales ou aubes 12 disposées concentriquement autour d'un noyau cen-tral 13 dont les dimensions sont assez importantes puisque le volume occupé par ce noyau correspond- à une grande partie de la zone précitée ou Malstrom, dont le but est de freiner l'énergie des pales De ce fait, on constate fréquemment de sérieuses perturbations dans l'équilibre hydraulique tel que décrit précédemment et le résultat souhaité dans le comptage de débit de fluide n'est pas toujours atteint ou l'est de façon très instable, ce qui, dans les deux cas, rend plus ou moins aléatoire la stabilité métro- logique du compteur. L'un des buts principaux de l'invention est donc depallier les inconvénients dus au type de turbine utilisé jusqu'ici et d'obtenir un système de distributeur fournissant une répartition et un équilibre hydrauliques du fluide sans perturbation de façon à atteindre pratiquement les conditions idéales de circulation et comptage du fluide. Un autre but est de proposer un rotor de structure allégée, immédiatement adaptable aux boîtiersdistributeurs de type précité et dont la conception permet d'aboutir à des compteurs de fluide,notamment d'eau, de grande fiabilité. Conformément à l'invention, la nouvelle turbine est essentiellement caractérisée par une série de pales verticales,- orientées concentriquement à l'axe de celle-ci et qui sont toutes reliées par leur extrémité supérieure à un disque horizontal mince dont la partie centrale perforée sert de guide pour la tige nervurée de liaison au totalisateur, connu en soi, du compteur. Ainsi, dans cette nouvelle conception de rotor adapté au boîtier distributeur classique, la partie centrale perturbant l'équilibre hydraulique est totalement supprimée et la zone de Malstrom n'est plus isolée du courant hélicoïdal précité de circulation de flux ; le mélange des courants liquides s'effectue de façon homogène, sans turbulence désordonnée ni interaction tumultueuse des veines de flux. La turbine selon l'invention présente en outre d'autres avantages. Par exemple, la présence du disque de liaison des pales, qui offre une grande surface à l'action du flux d'entraînement, permet de faciliter notablement l'ascension de la turbine sous l'action de la force FA comme expliqué ci-dessus. Par ailleurs, un tel disque, par la force centrifuge qu'il engendre, présente l'intérêt de protéger l'organe ou tige de liaison au système de totalisation du compteur. il est en effet fréquent que de tels organes soient encrassés, par exemple de particules magnétiques lorsque le totalisateur est de type aimant, ou encore usés prématurément par les grains sableux lorsque la tige est du genre pignon. Bien entendu, du fait que la structure de cette turbine ne modifie pas l'organisation hydraulique du flux, il est possible d'en utiliser tous les avantages en modifiant de diverses façons le profil des pales afin de tirer partie au maximum de tous les types de mouvements du liquide. Ces diverses possibilités sont illustrés par les dessins de figures 6 à 10 annexés qui représentent schématiquement Figure 6 : une vue en perspective d'une structure de turbine selon l'invention ; Figures 7a à 7e : diverses formes de pales pour une telle turbine Figure 8 ; une vue de profil illustrant une position de la tige de liaison de la turbine à un totalisateur de compteur Figure 9 : une variante de position pour le palier ou Figures 10a et lOb : des illustrations simplifiées de plusieurs positions de ladite tige de liaison, solidaire du disque de la turbine. Conformément à une réalisation avantageuse de l'invention, la turbine 14 est constituée par une pièce unitaire comprenant un bras de faible épaissr - ici un disque mince 15 - qui supporte plusieurs pales 16 et au centre de laquelle.est conformée une bague annulaire 17 dans la- quelle peut s'engager, par exemple, la tige 18 de liaison au dispositif totalisateur du compteur (non représentE). Cette tige est munie à sa base d'une partie creuse l9 qui vient s'engager dans le téton central dont est muni le bot- tier-distributeur (repéré en 8 sur la figure 1). Selon diverses variantes, la bague ou palier 17 peut se trouver au-dessous (figures 1 et 8) ou au-dessus du disque 15 (figure 9) et, par ailleurs, la tige de liaison 18 peut être rendue solidaire directement du disque 15 sans utilisation de bague ou palier, cette tige pouvant se trouver vers le haut ou vers le bas - (figures 10a et lOb) par rapport au disque-support 15. La forme de pale 16 la plus courante est illustrée sur les figures 6 et 8 à lOe T.outefois, d'autres configurations plus adaptées à certains débits et/ou à divers tvpes de fluide peuvent être envisagées, dont quelquesunes sont représentées à titre non limitatif sur les figures 7a à 7e. En pratique, le nombre de pales verticales sous le bras ou disque porteur peut varier entre diverses limites. Dans les distributeurs de compteurs multijets utilisés actuellement et rappelés sur les schémas des figures 1 à 5, on prévoit des turbines munies de sept pales pour deux rangées de dix trous chacune sur le distributeur. Selon une caractéristique de l'invention, le rapport entre le nombre de trous et le nombre de pales est de préférence un nombre entier ; par exemple, on prévoit cinq pales seulement (au lieu de sept) pour des boîtiers équipés de dix perforations sur chaque rangée inférieure et supérieure pour l'entrée et la sortie de l'eau. La mise en oeuvre d'une nouvelle turbine conforme à l'invention sur un boîtier-distributeur conventionnel (du type figure l) pernet' de régulariser le débit de fluide mesuré et de se rapprocher ou d'atteindre la courbe idéale dans les calculs d'erreurs relatives sur les me- sures de débits des compteurs connus à ce jour. On peut se reporter à cet égard à la figure 8 ot l'on a représenté les écarts ou erreurs (E) habituels (5 t) ou tolérés (2 % par rapport au débit d'eau Q dans un compteur multijet, ceci au niveau du débit minimum Q min, du débit de transition Qt et du débit nominal Qn. La courbe A est figurative du fonctionnement d'un compteur multijet de l'art antérieur tel que décrit en début de description. La courbe B illusw tre également le cas d'un compteur du type précité ou tous les règlages optimum ont été faits pour réduire les marges d'erreurs. Enfin, la courbe C, correspondant à une marge d'erreur minime ou quasi nulle a été obtenue par mise en oeuvre d'une turbine selon l'invention, telle que celle illustrée sur la figure 6. - R E V E N D I C AT I O N S - 1. Turbine pour compteur de liquide à jets multiples du type comportant un boîtier ou distributeur (1) muni d'une rangée inférieure de perforations (2) pour l'entrée du liquide et d'une rangée supérieure de trous (5) pour l'éjection du liquide, ce dernier entraînant dans son mouvement un rotor ou turbine disposée en rotation libre dans le boîtier, la turbine (14) étant caractérisée en ce qu'elle est constituée par une série de pales verticales (16) orientées concentriquement à l'axe de celle-ci et qui sont toutes reliées par leur extrémité supérieure à un disque horizontal mince (15) dont la partie centrale perforée sert de guide pour la tige nervurée (18) de liaison ou totalisateur, connu en soi, du compteur. 2. Turbine, selon la revendication 1, caractérisée en ce que le guide de ladite tige (18) est constitué par une bague ou un palier (17) solidaire du disque (15) et situé soit au-dessus soit au-dessous de ce dernier. 3. Turbine selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite tige (18) est solidaire du disque (15) et se trouve située soit au-dessus soit au-dessous de ce dernier. 4. Turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractériséeen ce que le rapport entre le nombre de perforations sur chaque rangée de trous (2,5) du distributeur (1) et le nombre de pales, dont la forme et les dimensions sont diverses, est un nombre entier.