Brevet FR2640351A1 — publié le 19900615

Redresseur de l'écouleient d'un fluide dans une conduite. La présente invention concerne un redresseur destiné à rendre régulier l'écoulement d'un fluide, liquide ou gazeux, circulant dans une conduite tubulaire et qui est le siège d'irrégularités d'écoulement par suite de son passage à travers un obstacle, tel qu'un coude, un embranchement de conduite ou une vanne. Une application particulièrement importante d'un tel redresseur est celle de la mesure du débit d'un fluide. Cette mesure est effectuée au moyen d'un débitmètre, qui, comme on le sait, ne donne une indication correcte que si l'écoulement est entièrement développé en un profil très aplati de vitesses parallèles à l'axe. Il existe déjà sur le marché toute une variété de redresseurs de ce type, par exemple des redresseurs en forme de plaque perforée, de grille, de toile métallique ou constitués par la combinaison de deux de ces éléments, le tout étant inséré dans la conduite. On connatt par exemple un redresseur constitué par une grille, sur la face amont de laquelle est accolée une plaque perforée dont les trous ont un diamètre qui augmente vers le centre et diminue vers la périphérie. Cependant, tous ces redresseurs ont plusieurs inconvénients majeurs: - leur efficacité est relativement faible, car on a constaté que l'écoulement est encore irrégulier sur une longueur de conduite, en aval des redresseurs, de plus de lOD, D étant le diamètre intérieur de la conduite. Le débitmètre ne peut donc être monté qu'au bout d'une longueur supérieure à celle-ci, ce qui conduit à des installations volumineuses; - le diagramme des vitesses d'écoulement obtenu en aval de ces redresseurs a un profil arrondi, ce qui signifie qu'il y a de grandes différences entre la vitesse d'écoulement dans l'axe de la conduite et au voisinage de la paroi; - leur coût de fabrication est élevé en particulier en ce qui concerne le redresseur selon le dernier mode de réalisation signalé ci-dessus, en raison de 11 inégale répartition des trous sur la surface de la plaque;; - tous ces redresseurs doivent être d'autant plus épais que la conduite a un grand diamètre , l'épaisseur du redresseur variant entre 0,13 D et 2 D approximativement. Il va de soi que dans le cas de conduites de grand diamètre, et donc avec des redresseurs très épais, ces derniers doivent être montés définitivement à demeure dans la conduite puisqu'il est pratiquement impossible de les en retirer. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un redresseur d'écoulement qui se caractérise en ce qu'il est constitué par un élément cylindrique d'épaisseur constante de section égale à la section intérieure de la conduite et qui présente, répartis uniformément sur toute sa surface, une pluralité de passages cylindriques axiaux, de même diamètre et équidistants les uns des autres, les intervalles compris entre les passages qui se trouvent dans une couronne moyenne du redresseur étant fermés, tandis que les intervalles compris entre les passages qui se trouvent dans la couronne périphérique extérieure à ladite couronne et dans la partie centrale du redresseur sont ouverts. Selon un premier mode de réalisation, le redresseur est constitué par un faisceau de tubes cylindriques de mêmes diamètre et longueur, assemblés de manière à former un bloc cylindrique de section totale égale à la section intérieure de la conduite et à présenter une section en nid d'abeilles, les interstices subsistant entre les tubes d'une couronne moyenne étant obturés avec une matière de remplissage appropriée, tandis que ceux qui sont compris entre les tubes de la couronne extérieure à ladite couronne, et de la partie centrale du redresseur sont laissés ouverts. Le grand avantage du redresseur selon l'invention est que l'on peut lui donner toujours la même longueur, quel que soit le diamètre de la conduite dans laquelle le redresseur est inséré. Les essais ont montré qu'avec un redresseur formé de tubes d'environ 50 mm de longueur et d'environ 10 et 8 mm de diamètres extérieur et intérieur, on peut rendre l'écoulement régulier dans n'importe quelle conduite, sans limitation supérieure du diamètre. Il en résulte l'avantage important que le redresseur peut entre facilement retiré de la conduite tout en laissant celle-ci sous pression. Il suffit pour cela d'insérer le redresseur dans un boisseau sphérique de vanne à trois voies. Dans la position fermée du boisseau, le redresseur est orienté perpendiculairement au courant de fluide. En faisant tourner le boisseau d'un quart de tour à partir de cette position, on peut extraire le redresseur à travers une ouverture latérale. Par contre, les redresseurs de la technique antérieure ne peuvent pas toujours être insérés dans une vanne à boisseau, car comme on l'a expliqué précédemment, ils peuvent avoir une épaisseur allant jusqu'à deux fois le diamètre de la conduite. Selon une autre variante de réalisation de l'invention, le redresseur est constitué par un bloc cylindrique de diamètre égal au diamètre intérieur de la conduite et à travers lequel sont percés, dans le sens axial, une pluralité de passages cylindriques de même diamètre, équidistants et répartis uniformément avec symétrie axiale, des interstices étant formés à travers le bloc dans le sens axial, en enlevant, par toute technique appropriée, la matière se trouvant entre les passages d'une couronne périphérique et de la partie centrale du bloc, tandis que les intervalles situés entre les passages de la couronne moyenne sont laissés intacts. Selon encore une autre variante de l'invention, le redresseur est réalisé en une seule opération par coulage d'un bloc de matière dans un moule présentant des reliefs propres à former des passages et des interstices aux endroits voulus. L'invention sera décrite à présent en regard des dessins annexés donnés à titre non limitatif et dans lesquels: La figure 1 est une vue en coupe transversale d'une conduite munie d'un redresseur formé d'un faisceau de tubes; La figure 2 est une vue partielle en coupe selon la ligne Il-Il de la figure 1; La figure 3 est un diagramme représentant le profil des vitesses obtenu avec un redresseur selon l'invention monté en aval de deux coudes successifs situés dans des plans différents; La figure 4 est un diagramme montrant le profil des vitesses obtenu avec un redresseur selon l'invention monté en aval d'une vanne à boisseau ouverte au quart; et La figure 5 montre un diagramme de vitesses obtenu avec un redresseur selon l'invention monté en aval d'une forte perturbation avec tourbillons. Avec référence tout d'abord aux figures 1 et 2, le redresseur d'écoulement 10 est constitué d'un faisceau de tubes identiques 12 présentant à leur extrémité amont un chanfrein 14. Ces tubes sont assemblés et solidarisés entre eux, par tout moyen approprié, de manière à former un bloc cylindrique de diamètre sensiblement égal au diamètre interne de la conduite 16 dans laquelle il doit entre monté. Entre les tubes subsistent des interstices dont certains 18 sont obturés et d'autres 20 sont laissés ouverts. Plus précisément, les interstices 18 situés sur une couronne moyenne d'épaisseur r2 prédéterminée, sont obturés, tandis que ceux 20 situés dans la couronne périphérique d'épaisseur rl, extérieure à la couronne moyenne, et ceux situés dans la partie centrale de rayon r3, sont laissés ouverts. La somme r1 + r2 + r3 est bien entendu égale au rayon interne de la conduite 16. A titre d'exemple illustratif, on a réalisé un redresseur de 141,7 mm de diamètre formé de 154 tubes répartis à raison de 41 tubes sur la première couche, 35 sur la deuxième couche, 28 sur la troisième couche, 22 sur la quatrième couche, 16 sur la cinquième couche, 9 sur la sixième couche et 3 sur la couche interne. Les interstices entre la première et la seconde couches sont ouverts. Ceux compris entre la deuxième et la cinquième couches sont obturés et ceux intérieurs à la cinquième couche sont ouverts. Avec le diamètre de 141,7 mm, on obtient de très bons résultats, lorsque rl reste compris entre 6 et 36 mm, r2 entre 18 et 54 mm, et r3 entre 18 et 54 mm. La longueur des tubes peut être comprise entre 30 et 150 mm, leur diamètre extérieur entre 6 et 26 mm et leur diamètre intérieur entre 4 et 24 mm. Le redresseur peut être également réalisé à partir d'une plaque cylindrique pleine dans laquelle sont percés, dans le sens axial, une pluralité de passages cylindriques de même diamètre et équidistants. De plus, dans la couronne périphérique et sur la partie centrale du redresseur, la matière est enlevée entre les passages par toute technique connue, par exemple par électroérosion. Le redresseur peut encore être fabriqué en une seule opération, par moulage dans une matrice de forme appropriée. La figure 3 est-un diagramme qui illustre l'effet du redresseur selon l'invention sur un écoulement rendu irrégulier après avoir traversé deux coudes à 90C situés dans deux plans différents. Le redresseur a été monté en aval, à une distance de 4 D de la sortie du second coude et les mesures ont été effectuées à 6 D en aval du redresseur. On a porté en abscisses la valeur r où R est R le rayon de la conduite et r la distance du point considéré à l'axe de la conduite, et en ordonnées le rapport z de la vitesse u au point considéré à la vitesse nominale E. On constate que le profil de vitesses A obtenu est extrêmement plat, ce qui revient à dire qu'à l'exception d'une fine épaisseur de fluide s'écoulant contre la paroi intérieure de la conduite, le courant de fluide a pratiquement la même vitesse sur toute sa section. Ce résultat est remarquable, car dans les mêmes conditions opératoires, le redresseur selon la technique antérieure citée précédemment, ne permet d'obtenir qu'un profil de vitesses arrondi, où la vitesse décrolt fortement depuis l'axe vers la paroi de la conduite. De plus, l'angle de giration est réduit à moins de 20. L'expérience a montré également qu'à la distance 10 D, l'angle des coudes ne joue pratiquement pas sur l'allure du diagramme des vitesses ou sur l'angle de giration. La courbe de la figure 4 a été obtenue dans les conditions suivantes: le redresseur a été monté en aval d'une vanne à boisseau ouverte au quart, créant de ce fait une irrégularité sur l'écoulement du fluide. Les courbes B et C montrent respectivement les diagrammes des vitesses relevées à 1,5 D et 5,5 D en aval de la sortie du redresseur. Comme le montre la courbe B, le courant est perturbé à la sortie de la vanne. Par contre, la courbe C montre que l'écoulement est régulier sur toute la section de la conduite, déjà à 5,5 D du redresseur. La figure 5 montre encore l'effet du redresseur selon l'invention sur un écoulement fortement perturbé. Le redresseur est monté à 1,5 D en aval du point où la perturbation prend naissance. Le diagramme des vitesses en ce point est représenté par la courbe E. Les courbes F et G sont les profils de vitesses respectivement à 2,5 D et 8,5 D en aval du redresseur. On peut considérer qu'à cette dernière distance, l'écoulement est devenu pratiquement régulier. En conclusion, le redresseur selon 11 invention convient parfaitement pour la mesure du débit d'un fluide s'écoulant dans des conduites de diamètre quelconque, et plus particulièrement dans des conduites de gros diamètres. Il est facile à fabriquer du fait que les passages (ou les tubes) ont le même diamètre et sont répartis uniformément sur toute la surface du redresseur. De plus, l'épaisseur du redresseur et le diamètre des passages ne dépend pas du diamètre de la conduite, comme c'était le cas pour les redresseurs de la technique antérieure mentionnée. En raison de sa faible épaisseur, le redresseur selon l'invention peut être facilement monté et retiré de la conduite, en l'insérant dans une vanne à boisseau sphérique. Enfin, il permet d'obtenir un écoulement régulier sur une courte longueur de conduite. REVENDICATIONS 1.- Redresseur d'écoulement d'un fluide dans une conduite (16), caractérisé en ce qu'il est constitué par un élément cylindrique (10) d'épaisseur constante, de section égale à la section intérieure de la conduite (16), et qui présente, répartis uniformément sur toute sa surface, une pluralité de passages (12) cylindriques axiaux, de même diamètre et équidistants les uns des autres, les intervalles (18) compris entre les passages qui se trouvent dans une couronne moyenne (r2) du redresseur étant fermés, tandis que les intervalles (20) compris entre les passages qui se trouvent dans la couronne périphérique (r1) extérieure à ladite couronne et dans la partie centrale (r3) du redresseur sont ouverts. 2.- Redresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué par un faisceau de tubes cylindriques (12) de mêmes diamètre et longueur, assemblés de manière à former un bloc cylindrique (10) de section égale à la section intérieure de la conduite (16) et à présenter une section en nid d'abeilles, les interstices (18) - subsistant entre les tubes d'une couronne moyenne (r2) étant obturés avec une matière de remplissage appropriée, tandis que ceux (20) qui sont compris entre les tubes de la couronne extérieure (rl) à ladite couronne et dans la partie centrale (r3) du redresseur sont laissés ouverte. 3.- Redresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué par un bloc cylindrique de diamètre égal au diamètre intérieur de la conduite et à travers lequel sont percés, dans le sens axial, une pluralité de passages cylindriques de même diamètre, équidistants et répartis uniformément avec symétrie axiale, des interstices étant formés à travers le bloc dans le sens axial, en enlevant, par toute technique appropriée, la matière se trouvant entre les passages d'une couronne périphérique et de la partie centrale du bloc, tandis que les intervalles situés entre les passages de la couronne moyenne sont laissés intacts. 4.- Redresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est réalisé en une seule opération par coulage d'un bloc de matière dans un moule présentant des reliefs propres à former des passages (12) et des interstices (20) aux endroits voulus. 5.- Redresseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il a une épaisseur constante, quel que soit le diamètre de la conduite où il est placé. 6.- Redresseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la longueur des tubes est comprise entre 30 et 150 mm, leur diamètre externe est compris entre 6 et 28 mm et leur diamètre interne, entre 4 et 24 mm.