Brevet FR2578644A1 — publié le 19860912

La présente invention concerne un appareil de mesure ou, plus spécifiquement, un appareil au moyen duquel le débit d'un gaz peut être mesuré de façon stable et conti- nue pendant un intervalle de temps assez long à haute tempé- rature, dans un environnement contenant de la poussière. Avec un fluide s'écoulant dans une conduite, la relation dans laquelle une grandeur représentant l'énergie to- tale que possède un fluide ("pression totale") est égale à la somme de l'énergie propre au fluide dans l'état statique ("pression statique") et de l'énergie propre au fluide en mouvement ("pression dynamique") est connue comme un moyen pour mesurer le débit d'un fluide. Aussi est-il connu de se servir de la relation ci-dessus en mesurant la pression totale et la pression statique du fluide pour obtenir le débit à partir de la différence entre ces pressions. Egalement, quand on mesure le débit d'un fluide dans une conduite, il y a quelques régions du conduit qui se prêtent au mieux à la mesure du débit, alors que le débit diffère d'une zone située à l'intérieur d'une section transver- sale pour le fluide dans la conduite par rapport à une autre. Afin de réduire l'erreur de mesure causée par ces débits dif- férents dans la section transversale d'écoulement du fluide, on a l'habitude en pratique de partager la section trans- versale circulaire de la conduite en cercles concentriques à surfaces de section transversale égales pour chacun des- quels on mesure la pression totale du fluide, et on fait la moyenne de ces valeurs mesurées de la pression totale pour calculer la,ression totale approximative, comme spécifié dans les normes japonaises. Dans un appareil classique pour mesurer le débit d'un gaz à haute température, contenant de la poussière, conforme au principe ci-dessus, la durée de vie de l'appa- reil est sérieusement réduite par la combinaison des fac- teurs ci-après: 10) Les orifices de mesure de pression et les canalisations sous pression sont fréquemment bouchés par la poussière et la crasse introduites avec le gaz dans l'unité de mesure de pression du fluide, 2 ) La poussière et la crasse sont déposées aux orifices de pression ou dans les canalisations sous pression parce que l'unité de mesure est portée à une température élevée, 3 ) L'unité de mesure est soumise à une attaque chimique intense à cause de l'atmosphère à haute tempé- rature, de sorte que sa durée d'usage est gravement raccourcie, ) La solidité du matériau constituant de l'unité de mesure est réduite par suite de l'environne- ment à température élevée, d'o il s'ensuit que l'action d'érosion matérielle de l'unité s'accroit sous l'effet de la poussière contenue dans le gaz. En conséquence l'invention a pour objet de four- nir un appareil de mesure du genre exposé dans l'introduc- tion, dans lequel la poussière et la crasse introduites dans l'unité de mesure en sont promptement évacuées sous l'effet de la gravité et dans lequel l'unité est effica- cement refroidie par de l'eau de refroidissement en circu- lation, de façon que les canalisations ou orifices ex- posés à la pression soient exempts de dépôts de poussière et de crasse et d'un colmatage résultant et que le ma- tériau constituant de l'unité de mesure soit efficacement protégé à l'égard d'une attaque chimique, ce qui permet d'obtenir une longue durée de vie de l'unité. En bref, selon un aspect de la présente inven- tion, on réalise un appareil de mesure de débit qui comprend: - une unité de mesure de débit de fluide, dispo- sée suivant une ligne perpendiculaire à une section trans- versale radiales d'une conduite principale destinée à l'écoulement du fluide gazeux; - - une multiplicité d'orifices de mesure de la pression, prévus sur ladite unité de mesure de débit du 2S78644 fluide, tournés dans la direction vers l'amont, aux centres d'un certain nombre de régions annulaires divi- sant de façon égale ladite section transversale du con- duit principal; - des orifices sous pression hydrostatique, pré- vus pour être tournés dans la direction vers l'aval pour couper en deux parties d'égale surface ladite section. transversale du conduit principal; - un conduit de mesure de la pression totale, disposé verticalement à l'intérieur de l'unité de mesure de débit de fluide et comportant des orifices de mesure communiquant respectivement avec lesdits orifices de me- sure de pression; - un conduit de mesure de pression hydrostatique, disposé verticalement à l'intérieur de ladite unité de mesure de débit de fluide et comportant des orifices de mesure communiquant avec lesdits orifices de mesure de pression hydrostatiques; - un conduit d'alimentation d'eau de refroidis- sement, relié à l'unité de mesure de débit de fluide pour l'alimenter en eau- de refroidissement, et - un conduit de sortie relié de façon à évacuer l'eau de refroidissement, ce qui évite, lors de l'écou- lement du fluide chargé de poussière, le colmatage des canalisations aux orifices. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaltront à la lecture de la description détaillée suivante de ses modes de réa- lisation préférés, particulièrement en association avec les dessins ciannexés. Parmi ceux-ci: - la figure 1 est une élévation latérale et coupe transversale de l'appareil de mesure de débit, re- froidi par eau, selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, et monté dans une conduite - la figure 2 est une vue avant correspondante, partiellement coupée et partiellement arrachée; 257 U 44 - les figures 3 et 4 sont des vues semblables à celles des figures 1 et 2 respectives et montrent un appareil de mesure modifié. L'appareil de mesure de debit de l'invention re- présenté sur les figures 1 et 2 est du genre dans lequel on mesure la pression totale et la pression statique d'un gaz qui s'écoule, pour déterminer le débit du gaz à partir de la différence de pression entre les valeurs mesurées de la pression totale et de la pression statique, comme dans le cas des types à tube pilote classiques. L'appareil comprend une unité de mesure de débit ou élément principal , de forme générale cylindrique, qui est monté vertica- lement, suivant un diamètre d'une conduite principale 1 au travers de laquelle s'écoule un fluide, comme indiqué par la flèche, dont on veut mesurer le débit. L'unité 10 est constituée avec une multiplicité d'orifices amont T pour mesurer la pression totale du gaz et avec une multiplicité d'orifices aval S pour mesurer la pression statique du gaz. A l'intérieur de l'unité de mesure 10, du c8té amont on a disposé un premier conduit 12 pourvu d'une multi- tli ns sn le ifices plieitt eoriÉrcel aaerauxe amont T de l'unité 10 et communiquant avec eux. A l'intérieur de l'unité de mesure et du c8té aval on a disposé un deuxième conduit 14 pourvu d'une multiplicité d'orifices s alignés sur les orifices latéraux aval S de l'unité 10 et communiquant avec eux. A l'intérieur de l'unité 10 et dans l'intervalle entre les conduits 12 et 14 on a disposé encore un tuyau d'entrée 17 pour introduire de l'eau de refroidissement dans l'intérieur de l'unité, c8te à c8te avec un tuyau de sortie 18 pour évacuer l'eau hors de l'unité après refroidissement; une paire de boates à poussière 15 et 16 est raccordée respectivement aux extrémités inférieures des conduits 12 et 14. L'unité de mesure 10 est montée verticalement et suivant le diamètre de la conduite principale 1 dans laquelle s'écoule le fluide dont on doit mesurer le débit comme exposé ci-dessus. Les orifices latéraux T, cÈté amont sont établis aux points d'intersection entre la ligne de niveau passant par le centre de la conduite principale L et par exemple par le premier, le troisième et le cinquième des cinq cercles concentriques, en comptant à partir de la périphérie de la conduite, tracés sur une région de section transversale circulaire de façon à par- tager la surface de ladite section transversale en six zones annulaires ou circulaires d'égale étendue. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2, il est formé trois paires d'orifices T-1, T-6; T-2, T-5 et T-3, T-6 du côté amont de la conduite 1, avec alignement ver- tical mutuel, de sorte que les paires d'orifices se trou- vent sur les premier, troisième et cinquième cercles con- centriques susmentionnés grâce auxquels les parties de tiers de surface définies par les deuxième et quatrième cercles restants et par la paroi de la conduite sont chacune partagées en plus petites portions représentant un sixième de la section transversale de la conduite. Les orifices S servant à mesurer la pression statique du fluide sont disposés du côté arrière ou aval de l'unité , avec alignement vertical mutuel et sur un cercle concentrique partageant la surface de section transversale de la conduite 1 en deux zones de surface égale. Ainsi, dans le présent mode de réalisation, les orifices laté- raux aval, S-1, et S-2 sont étalis en des endroits en regard des orifices latéraux amont T-2 et T-5. L'unité 10 a sa partie supérieure montée de façon sûre sur la conduite 1 par des boulons 24 par O l'intermédiaire d'unebride 2 de la conduite 1 et par l'intermédiaire d'une bride 22 de l'unité 10, de telle manière que l'unité 10 passe verticalement par le centre de la conduite principale 1 et que les orifices T sont placés parallèlement au courant de fluide. Egalement la partie du bas de l'unité 10 est fixée de façon sûre à la conduite 1 par un boulon 26 et par une bride flottante 23 pourvue d'un joint 25 pour absorber la dilatation thermi- que différentielle et pour fournir un accouplement sans fuite entre l'unité 10 et la conduite 1o Le premier conduit 12 et le deuxième conduit 14, oui sont pourvus d'orifices t et s communiquant respecti- vement avec les orifices latéraux, amont et aval, T et S, de la conduite, passent dans l'intérieur de l'unité de mesure 10 et sont raccordés, à leurs extrémités inférieures, à des boîtes à poussières 15, 16, par des raccords respec- tifs 27, 28. Ainsi la poussière et la crasse contenues dans le gaz qui entre dans les conduits 12, 14 en passant par les orifices T et S de l'unité de mesure 10 sont éva- cuées par l'effet de la gravité, en étant acheminées par les conduits 12, 14 jusque dans les boîtes à poussières 15, 16. Les extrémités supérieures des conduits 12 et 14 sont reliées à un dispositif de mesure de différence de pression (non représenté) servant à mesurer la pression du fluide qui circule dans la conduite 1. Le tuyau d'entrée 17 et le tuyau de sortie 18 pour l'eau de refroidissement sont prévus pour refroidir l'unité de mesure 10 fermée en haut et en bas de la ma- nière décrite ci-dessus. Ainsi le tuyau d'entrée d'eau de refroidissement 17 entre par l'extrémité supérieure de l'unité de mesure 10 et de là il descend et débouche au voisinage de l'extrémité inférieure de l'unité 10. Ainsi l'eau de refroidissement cheminant dans l'intérieur du tuyau 17 arrive au voisinage de l'extrémité inférieure de l'unité 10 pour refroidir l'unité 10 et 8tre évacuée par le tuyau d'évacuation supérieur 18. On comprend qu'avec l'appareil de mesure, décrit ci-dessus, de la présente invention, l'eau de refroidis- sement arrive par le tuyau d'entrée 17 dans l'intérieur de l'unité de mesure 10 de façon à refroidir cette dernière et les conduits 12 et 14, puis est évacuée à l'extérieur en passant par le tuyau de sortie 18 pour empêcher une dégradation thermique et prolonger la durée de service du matériau constituant de l'unité 10 et des conduits 12 et 14, tout en empêchant en même temps le dépôt des poussières et crasse à haute température, contenues dans le gaz à mesurer, circulant au travers des orifices T et S et dans les conduits 12 et 14, et le colmatage résultant des orifices ou des conduits. La poussière et la crasse, contenues dans le gaz qui s'écoule par les conduits 12, 14, descendent sous l'effet de la pesanteur dans ces conduits 12, 14 et se rassemblent dans les boites à poussières 15, 16, qui peuvent être ensuite dé- montrées, nettoyées et débarassées de leur crasse et poussière à tout moment voulu. Ainsi on ne court pas le risque que la mesure ne puisse être effectuée parce que la poussière boucherait les conduits ou le système de mesure, et également la durée d'usage du système pour mesurer du gaz à ahute température contenant des poussières est prolongée. Sur les figures 3 et 4 on voit un mode de réali- sation modifié de l'appareil de mesure de débit de l'in- vention qu'on peut utilement employer dans des cas oh la répartition circonférentielle de l'écoulement du fluide dans la conduite principale (conduite d'air) est sensi- blement uniforme, les poussièreset la crasse contenues dans le fluide étant relativement plus grosses et en moins grandes quantités. Dans ce mode de réalisation, les parties ou constituants semblables à ceux du mode de réalisation précédent sont désignée par les mêmes numéros ou lettres affectés d'accents ('). L'appareil de ce deuxième mode de réalisation diffère de celui représenté sur les figures 1 et 2 en ce que la longueur de l'unité 10' ainsi que celle des conduits peut être réduite à la moitié de celle de l'unité et des conduits qu'on voit sur la figure 1,les boîtes à poussières sont omises et les conduits 12', 14' débouchent obliquement aux orifices T', S'. Ainsi l'appa- reil de mesure du -résent deuxième mode de réalisation comprend une unité de mesure de débit 10', de forme gé- nérale cylindrique, montée au droit et diamétralement par rapport à la conduite principale 1' dans laquelle circule le gaz dont on veut mesurer le débit. L'unité 10' est disposée dans la moitié supérieure formant partie de diamètre de la conduite principale et est pourvue d'orifice de mesure de pression T du c8té amont et d'orifices de mesure de pression S du côté aval. A l'intérieur de l'uni- té 10', il est prévu un premier conduit 12' pour mesurer la pression totale du fluide et un deuxième conduit 14' pour mesurer la pression statique du fluide, ces conduits 12', 14' présentant des orifices de mesure de pression inclinés débouchant dans les orifices latéraux T' et S' respectifs, amont et aval, et communiquant avec eux. Dans la partie moyenne de l'unité 10' et dans l'intervalle entre les conduits 12', 14', il est prévu un tuyau 17' d'entrée d'eau de refroidissement et un tuyau 18' de sor- tie de l'eau de refroidissement. Les orifices T', S' sont ménagés dans la paroi extérieure de l'unité tubulaire 10' avec la même disposition que les orifices T, S du mode de réalisation précédent illustré par les figures 1 et 2, sauf que les longueurs de l'unité 10 et des conduits 12', 14' sont réduites de moitié et ainsi les orifices T-4 à T-6 et l'orifice S-2 sont omis. L'appareil de mesure de ce deuxième mode de réalisation peut être utilisé avantageusement pour mesu- rer le débit d'un gaz contenant une quantité relativement mondre de poussière comparativement plus grossière. Comme les conduits 12' et 14' débouchent obliquement par les orifices associés T' et S', elle retombe, par l'intermédiai- re des conduits 12', 14', dans la conduite 1', sous l'ef- fet de la gravité, pour être entrainée dans le courant de gaz principal dans la conduite 1'. Dans ce présent mode de réalisation, comme l'unité 10' et les conduits 12', 14' sont effectivement refroidis par l'eau de re- froidissement, non seulement le dépÈt de poussière peut être empoché, mais également les altérations physiques et chimiques du matériau de l'unité de mesure 10' et des conduits 12', 14' sont éliminées pour la plus grande part, en accroissant la durée d'usage. De plus, les codts de fabrication sont abaissés grâce à la suppression des boîtes à poussières et à la réduction des dimensions de l'unité de mesure 10' et des conduits 12', 14' tandis que les pertes de chaleur sont diminuées et que les opérations d'entretien sont facilitées par suite de la réduction de la charge de refroidissement. R.EV3;i;ICTI ON 1. Appareil de mesure du débit d'un fluide, caractérisé en ce qu'il comprend: - une unité (10) de mesure de débit de fluide, disposée suivant une ligne perpendiculaire à une section trans- versale _aio le d'une conduite principale (1) destinée à l'écoulement du fluide gazeux; - une multiplicité d'orifices (T1 à T6) de mesure de la pression, prévus sur ladite unité de mesure de débit du fluide, tournée dans la direction vers l'amont, aux centres d'un certain nombre de régions annulaires divi- sant de façon égale ladite transversale du conduit prin- cipal; - des orifices (S1, 32) sous pression hydrostatique, pré- vus pour être tourné dans la direction vers l'aval pour couper en deux parties d'égale surface ladite section transversale du conduit principal; - un conduit (12) de mesure de la pression totale, dispo- sé veeticalement à l'intérieur de l'unité de mesure de débit defLuide et comportant des orifices (t) de mesure communiquant respectivement avec lesdits orifices de mesure de pression; - un conduit (14) de mesure de pression hydrostatique, disposé verticalement à l'intérieur de ladite unité de mesure de débit de fluide et comportant des orifices (s) de mesure communiquant avec lesdits orifices de mesure de rression hydrostatique; - un conduit (17) d'alimentation d'eau de refroidissement relié à l'unité de mesure de débit de fluide pour l'ali- me.-ter en eau de refroidissement, et À relie/ - un conduit (18) de sortie de façon à évacuer l'eau de refroidissement, ce qui évite, lors de l'écoulement du fluide chFrgé de poussière, le colmatage des canalisations aux orifices.