Brevet FR2607248A1 — publié le 19880527

MESUREUR A TURBINE NOTAMMENT POUR LA DISTRIBUTION PAR GRAVITE D'HYDROCARBURE La présente invention concerne un dispositif de mesure de volumes de liquide du type à turbine qui soit peu sensible à la viscosité du liquide à mesureur dans une large plage de viscosité et qui présente une perte de charge réduite dans une plage de mesure importante. Ces conditions d'utilisation se présentent notamment lorsqu'on veut mesureur la quantité d'hydrocarbure fournie à un point de vente d'hydrocarbures i partir d'un camion citerne. On sait que les véhicules utilisés pour ce type de distribution, comportent une citerne divisée en plusieurs compartiments indépendants et contenant chacun un type d'hydrocarbure donné, tel que par exemple du fioul léger, fioul domestique, essence dite "ordinaire" et essence dite "super". Le liquide s'écoule par gravité, par une conduite souple, depuis le compartiment de la citerne du véhicule vers le réservoir enterré de la station de vente. Il importe de connaître avec précision la quantité d'hydrocarbures délivrée i chaque opération de ravitaillement du réservoir enterré. Pour ce faire, de façon connue, la citerne du véhicule est divisée en une pluralité de compartiments indépendants, de capacité différente, et affecté chacun & un type d'hydrocarbure donné. Chaque compartiment est étalonné par le Service des Instruments de Mesure et présente ainsi une contenance donnée rigoureusement déterminée ; on mesure la quantité en volume d'hydrocarbure délivrée A partir du compartiment correspondant, i l'aide d'une jauge mécanique accessible par l'ouverture supérieure de ce dernier. Ce dispositif antérieur, bien qu'étant en apparence satisfaisant du point de vue de la précision de mesure, présente des inconvénients. En effet, & chaque opération, il est nécessaire de monter sur la citerne pour effectuer la lecture de la mesure sur la jauge mécanique, accessible seulement par le haut de la citerne. Leur utilisation est incompatible avec les soucis d'économie de temps, propre au monde industriel, et constitue par ailleurs une servitude, d'autant plus génante que le contrôle nécessite en théorie la présence simultanée sur la citerne de "l'opérateur-ravitailleur" et du client recevant la livraison ; de plus, il arrive que, pour des raisons de commodité, le client abandonne à "l'opérateur-ravitailleur" le soin d'effectuer le contrôle, ce qui peut donner lieu à des erreurs ou même i des fraudes. On a tenté, de manière connue, de remédier à cet inconvénient, en munissant chaque véhicule-citerne d'un compteur volumétrique & corps tournant excentré, relié à chaque compartiment de la citerne par des conduits présentant une partie commune. Cependant, cette technique connue ne semble résoudre le problème précédent (de la technique antérieure des compartiments étalonnés) qu'au prix d'inconvénients supplémentaires rédhibitoires. En effet, l'écoulement du fluide depuis le véhicule-citerne jusque vers le réservoir enterré doit s'effectuer par gravité ; il est donc impératif que le compteur employé présente des pertes de charge minimales, afin d'autoriser un écoulement i débit le plus élevé possible. Or, les compteurs volumétriques connus présentent des performances limitées quant au débit maximal, de l'ordre de 30 m3/h. De plus, le remplissage de la citerne du véhicule, effectué usuellement par "refoulement", c'est-à-dire par le bas des compartiments de la citerne, via les conduits utilisés pour la distribution et ledit compteur, doit être réalisé rapidement, donc à grand débit or les compteurs volumétriques connus ne sont pas réversibles. I1 est donc impossible, en raison de la présence du compteur, de remplir la citerne du camion par refoulement. La citerne doit donc être remplie par son ouverture supérieure. Cette technique de remplissage a en particulier comme inconvénient de favoriser l'émission de vapeursd'hydrocarbure ce qui est évidemment défavorable en ce qui concerne la sécurité de cette opération. Par ailleurs, les contraintes de précision de mesure de volume ont pour conséquence que le compteur connu utilisé est relativement complexe, donc coûteux, et de plus, encombrant. Enfin, une grande partie des conduits de distribution, et par construction, le compteur volumétrique, montés sur le véhicule est commune i tous les compartiments ; or, ces derniers contiennent des hydrocarbures différents ; il est donc nécessaire de vidanger cette partie commune après chaque ravitaillement d'un fluide donné pour éviter toute pollution entre les fluides. En effet, les compteurs volumétriques présentent une géométrie interne qui favorise la rétention d'une partie du liquide qui a traversé le compteur. Cette opération de nettoyage est contraignante et augmente encore le temps nécessaire aux opérations de ravitaillement. La distribution d'hydrocarbures à partir d'un véhicule-citerne requiert un dispositif dont les performances permettent de mesurer avec précision la quantité de fluide délivrée, et ce, quels que soient le débit Q, et la viscosité V ; l'erreur relative i ne doit varier qu'à l'intérieur d'une plage donnée pour des variations données de Q, etV ; par exemple E présente des variations maximales de + 2,5 /oo avec O,5 ( nJ ( 6 c5t et 15 La présente invention remédie aux inconvénients mentionnés précedemment. A cette fin, selon l'invention, le mesureur å turbine qui comprend une portion de conduite pour l'écoulement du liquide à mesurer, une turbine montée tournante dans ladite portion de conduite, ladite turbine comportant un moyeu et au moins deux pales solidaires du moyeu, et des moyens pour détecter la rotation de la turbine,se caractérise en ce que l'épaisseur de chaque pale est décroissante de l'extrémité amont à l'extrémité aval du moyeu. La demanderesse a constaté qu'un tel mesureur à turbine présente des performances remarquables quant à la précision tout en autorisant un écoulement à grand débit sans provoquer de pertes de charge élevées. Par ailleurs, ce mesureur permet un remplissage rapide, donc i grand débit, de chaque compartiment, par "refoulement" et est de coût de construction et d'entretien réduit. Le mesureur i turbine selon l'invention présente de préférence i ces effets des dimensions et des formes caractéristiques suivantes Avantageusement, les pales présentent chacune un bord d'attaque (amont) constitué d'une surface plane, perpendiculaire à la partie terminale de l'hélicoïde moyen de la pale. Avantageusement, le rapport des épaisseurs respectives des bords amont et aval de chaque pale est compris entre 8 et 1,5. De préférence, le pas de l'hélicoïde moyen de chaque pale, rapporté au diamètre extérieur de la turbine, est compris entre 1 et 2, et de préférence compris entre 1,4 et 1,5. Préférentiellement, l'épaisseur du bord d'attaque amont est constante du moyeu vers le bord distal de la pale, et, rapportée au diamètre extérieur de la turbine, est comprise entre 0,04 et 0,1, et de préférence comprise entre 0,06 et 0,08. De même, la différence entre le diamètre extérieur de la turbine et, le diamètre intérieur du corps formant une portion de conduite, rapportée au diamètre extérieur de la turbine, est comprise entre 0,002 et 0,05, de préférence entre 0,01 et 0,02. De manière avantageuse, le rapport entre le diamètre du moyeu de la turbine et le diamètre extérieur de la turbine est compris entre 0,1 et 0,4, et de préférence compris entre 0,23 et 0,27. Egalement, le rapport entre la longueur de la turbine et son diamètre extérieur est compris entre 0,5 et 1, et de préférence compris entre 0,7 et 0,8. Selon une forme préférée, la turbine est bi-pale. L'invention sera mieux comprise à la lumière des dessins annexés dans lesquels La figure 1A est un schéma montrant de coté un véhicule-citerne pourvu de mesureurs selon l'invention; La figure 1B est une vue de dessus de la remorque-citerne du véhicule de la figure lA; La figure 2 est un schéma montrant la conduite sur laquelle sont disposés le mesureur et les organes associés; La figure 3 montre en coupe le mesureur selon l'invention; Les figures 4 å 6 montrent la turbine du mesureur respectivement en vue de côté, face arrière (aval), face avant (amont); La figure 7 est un graphique résultant d'essais et montrant les variations de l'erreur relative en fonction du débit. Les figures 1A et 1B montrent un exemple d'application du mesureur selon l'invention au ravitaillement par véhicule-citerne de stations de vente de carburant. Un véhicule 1 comprend un véhicule tracteur 1A et une remorque lB; la remorque comporte une citerne 2 divisée en plusieurs compartiments intérieurs 3, 4, 5, et 6. Chaque compartiment est susceptible de contenir un type d'hydrocarbure donné, tel que par exemple, du fioul domestique (déstiné au chauffage domestique), du fioul léger (pour moteurs Diesel), de l'essence dite "ordinaire" et l'essence dite "super". Le véhicule 1 est destiné au ravitaillement en hydrocarbure d'un réservoir enterré 7 d'une station de vente de carburant pour véhicules automobiles. Chaque compartiment 3 & 6 est associé i un groupe d'éléments portant les références 8 à 12; ces éléments portent des références se différenciant d'un compartiment à 1 'autre par un indice respectivement "a", "b", "c", "d". Les compartiments 3 à 6 sont a priori de contenance différente,par exemple respectivement 4 m3, 4 m3, 15 m3 et 9 m3. Ainsi, par exemple, i la base du compartiment 3 est fixé un robinet d'arrêt 8a auquel est relié un conduit 9a, solidaire du véhicule, et comportant successivement, d'amont vers l'aval, un organe d'homogénéisation 10a de l'écoulement (connu en soi) et un débitmètre lla selon l'invention; le conduit 9a est relié en aval à une vanne 12a (du type connu i boisseau sphérique et à commande pneumatique) d'un ensemble de vannes 12 comportant les vannes 12a, 12b, 12c et 12d ; les vannes 12i (i = a, b, c, d) sont ainsi reliées respectivement aux compartiments 3, 4, 5 et 6; les vannes 12i sont en outre susceptibles d'être reliées chacune au réservoir 7 par une conduite souple 13 (mise en place au moment du ravitaillement). Ce dernier est situé à un niveau inférieur à la base de la citerne 2. Ainsi, le liquide s'écoule par gravité du compartiment correspondant vers le réservoir 7. Chaque débitmètre Ili (i=a,b,c,d) est destiné à mesurer la quantité d'hydrocarbure s'écoulant depuis le compartiment correspondant (3,4,5,6) de la citerne 2 vers le réservoir fixe 7. La figure 2 montre, à une plus grande échelle, l'ensemble des éléments (8 i 12 et 14) associés i chaque compartiment, en l'occurrence au compartiment 3. Le mesureur lla est relié à des moyens 14 d'enregistrement et de calcul, assurant la détermination de la quantité d'hydrocarbure délivrée en fonction des informations données par le débitmètre ila. Les moyens 14 sont communs & chaque compartiment. Lorsque le volume désiré est atteint, les moyens 14 commandent la fermeture de la vanne 12a par la ligne de commande pneumatique 15a. Les moyens 14 sont reliés i chaque vanne 12a, 12b, 12c, 12d par une ligne pneumatique respective 15a, 15b, 15c, 15d. I1 faut ajouter que le véhicule représenté sur les figures 1 et 2 pourrait ne comporter q'un seul mesureur selon l'invention . Dans ce cas le mesureur unique est monté mobile sur un rail solidaire du véhicule .Pour effectuer une livraison d'hydrocarbure il suffit alors de déplacer le mesureur pour le monter à l'extrémité de la conduite associée au compartimnent contenant l'hydrocarbure désiré I1 est décrit ci-après, en référence à la figure 3, un mode préféré de réalisation du mesureur d'un débitmètre lla selon l'invention, étant entendu que les débitmètres lla à lld sont identiques. Le mesureur lla est du type à turbine.ta turbine 16 est, selon l'exemple représenté, bipale (pales 16a et 16b) et est montée à rotation, par l'intermédiaire d'un moyeu tourant 17, sur des paliers 18 solidaires de l'axe 19 parallèle à l'écoulement symbolisé par la flèche "f". De plus, les déplacements axiaux de la turbine sont limités par la butée à billes 18'. La partie gauche de la figure 3 correspond à l'amont et la partie droite à l'aval. L'axe 19 est solidaire d'un moyeu fixe 20 ; ce dernier est relié au manchon extérieur 21 (constituant le corps du débitmètre lla) par des ailettes planes formant croisillon (par exemple au nombre de trois) parallèles et régulièrement espacés angulairement; seules les ailettes 22 et 23 sont visibles sur la figure 3. Le manchon extérieur 21 qui forme une portion de conduite comprend à sa partie supérieure un évidement 24 placé en regard de la turbine 16, et destiné FA recevoir des moyens (connus en eux-mêmes et symbolisés par le bloc 25 en pointillé) de détection du nombre de tours par unité de temps de la turbine 16 et susceptibles de transformer cette information en une grandeur analogique, telle qu'un signal électrique, dont l'une des caractéristiques (telle que la fréquence) est représentative de la vitesse de rotation de la turbine 16. A titre d'exemple, la détection est du type électromagnétique connu en soi. Les moyens 25 de détection comprennent une bobine 26 placée dans la partie inférieure de l'évidement 24, la plus proche de la turbine 16. Chaque pale 16a et 16b comporte une pastille 27,28 constituée d'un aimant permanent, logée dans le corps de la pale à la partie distale ou périphérique de celle-ci. Ainsi, le passage de chaque pastille aimantée 27,28 devant la bobine 26 crée une impulsion électrique ; le signal recueilli et mis en forme par les moyens 25 de détection, est de fréquence caractéristique du nombre de tours par unité de temps de la turbine 16. Le signal est transmis via la ligne 15a aux moyens 14 d'enregistrement et de calcul, qui assurent la mise en mémoire et la conversion du signal en des nombres exprimés en unités de débit et de volume. Les figures 4 à 6 montrent la turbine 16 respectivement de coté (figure 4), de face arrière ou aval (figure 5) et de face avant ou amont (figure 6). Chaque pale 16a, 16b présente une face dite aval et une face dite amont. Ainsi, la pale 16a présente une face aval A et une face amont B. Comme le montrent mieux les figures 4 i 6, chaque pale 16a ou 16 d a la forme générale d'une portion d'hélicoïde. Plus précisément, chaque pale présente une face amont B et une face aval A. Ces deux faces sont sensiblement des portions d'hélicoïdes ayant comme axe commun l'axe de rotation de la turbine et de pas différents de telle manière que, lorsqu'on va de l'extrémité amont du moyeu de la turbine i son extrémité aval, l'épaisseur de chaque pale diminue. De préférence, l'épaisseur peut varier dans un rapport compris entre 1,5 et 8. Dans l'exemple particulier décrit ce rapport vaut 5.Pour chaque pale 16a, 16 k on peut définir un hélicoïde moyen que l'on a représenté sur la figure 4 par sa "trace" en pointillés 31 sur le bord distal 31 de la pale. De préférence, chaque pale correspond sensiblement à un demi-pas de son hélicoïde moyen. Selon une seconde caractéristique, le bord d'attaque amont de chaque pale est formée par une surface plane (30 pour la pale 16a et 29 pour la pale 16b) perpendiculaire à la partie terminale de l'hélicoïde moyen 31. En revanche, les bords de fuite aval des pales sont dans le plan de l'extrémité aval du moyeu 17. I1 faut souligner que le fait que le bord d'attaque soit plan présente deux avantages: d'une part, il évite l'opération manuelle habituelle de façonnage du bord d'attaque des pales; d'autre part, le fait que le bord d'attaque soit usiné par une machine permet d'éviter les dispersions de forme inhérentes & l'usinage manuel et donc les dispersions de caractéristiques correspondantes de la turbine. De préférence, l'épaisseur du bord d'attaque (amont) est constante du moyeu 17 vers le bord distal de la pale, et, rapportée au diamètre extérieur de la turbine, est comprise entre 0,04 et 0,1, et de préférence comprise entre 0,06 et 0,08. Selon une autre caractéristique, la différence entre le diamètre extérieur de la turbine 16 et le diamètre intérieur du corps ou manchon porteur, rapportée au diamètre extérieur de la turbine est comprise entre 0,002 et 0,05, de préférence entre 0,01 et 0,02. Ainsi, le jeu qui existe entre le manchon et la turbine résulte d'un compromis pour favoriser l'accrochage de la couche limite dans la plage de débit et dans la plage de viscosite du liquide considérées. Egalement, conformément à une autre caractéristique, le rapport entre le diamètre du moyeu 17 et le diamètre extérieur de la turbine est compris entre 0,1 et 0,4 et de préférence compris entre 0,23 et 0,27. Selon encore une autre caractéristique, le pas moyen de chaque pale, rapporté au diamètre extérieur de la turbine, est compris entre 1 et 2, de préférence compris entre 1,4 et 1,5. Enfin, de préférence, le rapport entre la longueur de la turbine et son diamètre extérieur est compris entre 0,5 et 1, et de préférence compris entre 0,7 et 0,8. A titre indicatif et illustratif, il est donné ci-après, sous forme d'un tableau, les dimensions d'un exemple de réalisation du débitmètre selon l'invention (unité : mm) - HELICE - - CROISILLON NOMBRE DE PALES : 2 HAUTEUR = 27,5 DIAMETRE : 72,15 LONGUEUR = 43,5 EPAISSEUR PALES EPAISSEUR = 3,5 Bord amont : 5,2 Bord aval : 1,05 D. INT. CORPS : 73 RAP. D.INT/D.MOYEU:4,05 D.MOYEU : 18 - PAS D'HELICE JEU O HELICE Pas face amont B : 110,44 O INT.CORPS : 0,75 Pas face aval A : 100,82 Pas moyen : 105,63 En outre, la turbine est de préférence réalisée en un alliage à base d'aluminium. La demanderesse a effectué des essais avec un mesureur présentant les dimensions ci-dessus. La figure 7 montre les variations de l'erreur relative = V-Vo avec V volume Vo mesuré et Vo volume réel, en fonction du débit Q (en m3/h et en % du débit maximal, en l'occurence 50 m3/h); sur la figure 7 le graphique 7.1 donne la courbe d'erreur pour de l'essence dite "super" de viscosité 0,5 cSt et le graphique 7.2 la courbe d'erreur pour du fioul domestique de viscosité 4,3 cSt. On constate sur le graphique 7.1 que, pour Q variant entre 15 et 50 m3/h, reste quasiment constante ; la variation de a est inférieure å 0,5 '/oxo. Pour l'autre liquide (FOD: fioul ordinaire domestique), le graphique 7.2 montre une variation de inférieure å le/oo pour Q variant entre sensiblement 18 et 42 m3/h. Ces résultats sont tout à fait conformes aux normes requises pour la distribution d'hydrocarbures ( variant de + 2,5 /oo dans la gamme de débit Q de 15 à 50 m3/h) et sont bien supérieurs qualitativement i ceux obtenus par les débitmètres de type connu. Il est & noter également que le débit maximal est de l'ordre de 50 m3/h, alors que le débit maximal des débitmètres volumétriques ne dépasse par 30 m3/h. Ceci est rendu possible par le fait que le mesureur selon l'invention provoque des pertes de charge réduites. En outre, la perte de charge est très réduite, puisqu'elle est de l'ordre de 0,1 bar i 50 m3/h au lieu de 0,4 bar. REVENDICATIONS 1 - Mesureur b turbine (11) du type comprenant une portion de conduite (21) pour l'écoulement du liquide à mesurer, une turbine (16) montée tournant dans ladite portion de conduite, ladite turbine comportant un moyeu (17) et au moins deux pales (16a,16b) solidaires du moyeu, et des moyens (24,25) pour détecter la rotation de la turbine, caractérisé en ce que l'épaisseur de chaque pale est décroissante de l'extrémité amont å l'extrémité aval du moyeu. 2 - Mesureur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe de rotation de ladite turbine est disposée selon le sens d'écoulement du fluide dans ladite portion de conduite (21) et en ce que chaque pale (16a,16b) a la forme générale d'une portion d'hélicoïde. 3 - Mesureur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les faces amont (A) et aval (B) de chaque pale (16a,16b) sont sensiblement des portions d'hélicoïdes de pas différents pour définir ladite décroissance de l'épaisseur de chaque pale. 4 - Mesureur selon l'une quelconque des revendication 1 i 3 caractérisé en ce que chaque pale comporte un bord d'attaque amont (29,30) sensiblement plan et sensiblement perpendiculaire i l'hélicoïde moyen (31) correspondant å ladite pale. 5 - Mesureur selon l'une quelconque des revendications 1 i 4, caractérisé en ce que la différence entre le diamètre intérieur de ladite portion de conduite (21) et le diamètre extérieur de la turbine, rapportée au diamètre extérieur de la turbine est compris entre 0,002 et 0,05 6 - Mesureur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite différence est comprise entre 0,01 et 0,02. 7 - Mesureur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'épaisseur du bord d'attaque amont (29,30) d'une pale est comprise entre 8 et 1,5 fois l'épaisseur du bord aval de ladite pale. 8 - Mesureur selon l'une quelconque des revendications 4 et 7, caractérisé en ce que l'épaisseur dudit bord d'attaque (29,30) est sensiblement constante du moyeu à l'extrémité distal de la turbine, le rapport R2 entre l'épaisseur dudit bord d'attaque (29,30) et le diamètre extérieur de ladite turbine étant compris entre 0,04 et 0,1. 9 - Mesureur selon la revendicatiokn 8, caractérisé en ce que ledit rapport R2 est compris entre 0,06 et 0,08. 10 - Mesureur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le-rapport R1 entre le diamètre du moyeu (17) de la turbine et le diamètre extérieur de la turbine est compris entre 0,1 et 0,4. 11 - Mesureur selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit rapport R1 est compris entre 0,24 et 0,27. 12 - Mesureur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ladite turbine comprend deux pales (16a,16b-). 13 - Mesureur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la longueur de chaque pale (16o,166) correspond sensiblement & un demi-pas de son hélicoïde moyen (31). 14 - Mesureur selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le rapport entre la longueur et le diamètre de la turbine est compris entre 0,5 et 1. 15 - Mesureur selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le rapport entre le pas de l'hélicoïde moyen (31) de chaque pale et le diamètre extérieur de la turbine est compris entre 1 et 2. 16 - Dispositif pour la distribution d'hydrocarbures par gravité, depuis une citerne divisée en une pluralité de compartiments, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un compteur comportant un mesureur selon l'une quelconque des revendications 1 à 15