Brevet FR2649788A1 — publié le 19910118

i La presente invention concerne un compteur de liquide à jets multiples, du genre dans lequel une turbine reliée à un totalisateur est montée en rotation dans une cuve cylindrique munie, à la partie inférieure de sa péri- t phérie, d'orifices d'injection du liquide, et, à sa partie supérieure, de moyens pour évacuer le liquide vers la sortie du compteur. Dans un tel compteur, le liquide qui est très souvent de l'eau, et qui pénètre dans le bas de la cuve lu cylindrique, frappe les pales de la turbine en faisant tourner celle-ci, et il progresse vers le haut selon une trajectoire sensiblement hélicoidale. Le totalisateur du compteur est relié à sa turbine par une transmission mécanique ou magnétique, et il fournit le volume d'eau qui traverse le dispositif. Bien entendu, ses indications ne sont correctes que dans la mesure o la vitesse de rotation de la turbine est proportionnelle au débit ou au volume du liquide traversant. Or, cette condition est difficile à réaliser aux faibles débits pour lesquels le liquide est animé d'une vitesse si basse que son énergie cinétique ne peut vaincre des réslstances élevées, ce qui suppose l'emploi de compteurs dont l'équipage mobile oppose un couple résistant minimal. > Il en résulte que l'on est obligé de sacrifier certains dispositifs habituellement utilisés pour leurs avantages, mais consommateurs d'énergie motrice. Parmi ceux- ci figure la transmission magnétique du mouvement rotatif de la turbine au totalisateur du compteur à travers une cloison étanche, ce procédé présentant l'avantage d'une étanchéité parfaite du compteur, mais l'inconvénient d'un couple résistant non négligeable. Le but de la présente invention est donc de créer un compteur du genre spécifié ci-avant dont le rendement soit tel qu'on puisse lui adjoindre un accouplement magnétique sans dommage pour les qualités métrologiques du compteur aux très faibles débits. Selon l'invention, ce but, et d'autres qui apparaî- tront par la suite, comme la réalisation d'un appareil simple, robuste et relativement peu coûteux, sont atteints grâce & un compteur du genre spécifié plus haut qui est caractérisé par le fait que sa cuve est une cuve étagée comportant au moins un étage de mesure inférieur dans lequel la turbine du compteur est montée en rotation et qui est lu suivi vers le haut par un étage collecteur de diamètre plus important. Grâce à cette disposition, on supprime largement les turbulences qui sont habituellement créées aux orifices de sortie du liquide et qui nuisent au bon fonctionnement de la turbine en produisant des forces antagonistes indésirables. Ceci permet d'améliorer le rendement hydraulique de la turbine dans une mesure suffisante pour qu'on puisse lui associer un accouplement magnétique sans nuire aux qualités du compteur aux très faibles débits. On augmente encore ce rendement, selon une forme de réalisation particulièrement avantageuse de la présente invention, lorsque les orifices d'injection du liquide sont constitués par deux buses d'injection qui débouchent dans l'étage de mesure spécifié plus haut en deux points diamé- tralement opposés et qui sont orientées vers le centre des pales de la turbine. Cette disposition, par sa symétrie, confère au système l'équilibre hydraulique caractéristique des compteurs à Jets multiples. Avantageusement, l'étage collecteur du dispositif selon l'invention est suivi à son tour vers le haut par un étage d'écoulement de diamètre plus important qui comprend les moyens utilisés pour évacuer le liquide vers la sortie du compteur. De préférence, une cloison annulaire présentant au moins une lumière prolonge vers le haut la périphérie de l'étage collecteur du système, en s'étendant sur toute la hauteur de son étage d'écoulement, le ou les canaux d'ecou- lement annulaires ainsi ménagés entre cette cloison et la paroi latérale de l'étage d'écoulement étant en communica- tion avec la sortie du compteur. t, On comprend que le liquide achève ainsi son déplace- ment hélicoidal ascendant en pénétrant, sous l'effet de sa vitesse et de la force centrifuge, dans le ou les canaux annulaires spécifiés plus haut, à travers la ou les lumières ménagées dans leur paroi, sans perturber l'écoulement dans lU les étages inférieurs. Une tubulure de forme appropriée permet finalement d'acheminer le liquide vers l'orifice de sortie du compteur, par exemple à travers un puits qui est ménagé dans la paroi latérale de la cuve de l'appareil, parallèlement à l'axe de celle-ci, et dans lequel-débouche chacun des canaux d'écou- lement annulaires spécifiés ci-avant. De préférence, le compteur selon l'invention comprend en outre un déflecteur qui s'étend en s'évasant vers le haut depuis la turbine du compteur Jusqu'au plan supérieur de sa cuve. Cette disposition évite que l'écoule- ment ne soit perturbé par l'élargissement de la cuve, et elle contribue à forcer le liquide vers les canaux d'écoule- ment du dispositif. Selon une forme de réalisation particulièrement avantageuse, la turbine du compteur selon la présente invention comprend un disque qui est perpendiculaire a l'axe du système, qui porte sur sa périphérie des pales radiales et qui est solidaire d'un moyeu axial s'étendant vers le haut et relié au totalisateur du compteur. Cette disposition su est décrite dans le brevet européen n' 116.241 de la Deman- deresse, et elle évite que les bouillonnements produits au centre de la turbine n'agissent sur les pales de celle-ci. Quant aux bouillonnements qui tendent à se produire au-dessus du centre de la turbine et à perturber l'écoule- ment ascendant du liquide, ils sont, de préférence, empri- sonnés dans un cylindre de confinement des bouillonnements, 2649788u cylindre dont l'axe coincide avec l'axe du système et qui s'étend entre la turbine du compteur et le plan supérieur de sa cuve. Dans une forme de réalisation avantageuse, ce cylin- b dre est percé coaxialement dans le dif lecteur spécifié ci- avant, et l'extrémité inférieure de ce dernier se raccorde tangentiellement au bas du cylindre, légèrement au-dessus du disque qui porte les pales de la turbine du compteur. La description qui va suivre, et qui ne présente lu aucun caractère limitatif, permettra de bien comprendre com- ment la présente invention peut être mise en pratique. Elle doit être lue en regard des dessins annexés, parmi lesquels: - La figure 1 montre une vue en coupe axiale schéma- tique du dispositif selon la présente invention; 1i - La figure 2 représente, à une plus faible échelle, une vue de dessus du dispositif de la figure 1 dont la turbine a été enlevée; - La figure 3 montre une vue en coupe hautement schématique prise selon la ligne 111-111 de la figure 1; 2U et: - La figure 4 montre une vue en coupe axiale analo- gue à celle de la figure 1, ou la turbine du dispositif a été enlevée et ou a été représenté le trajet du liquide en écoulement. Zb Dans tout ce qui va suivre, on supposera que le compteur selon l'invention se trouve dans sa position repré- sentee sur la figure 1, ou l'axe de rotation de sa turbine est vertical et o le liquide z'écoule de bas en haut, ce qui donne tout leur sens à des expressions comme "vertical" et "horizontal" ou "supérieur" et "inférieur". Comme on le voit notamment sur les figures I et 2, le compteur selon l'invention comprend une cuve 1 comportant trois étages qui sont cylindriques de révolution pour l'essentiel et qui ne sont séparés entre eux par aucune 3b cloison, à savoir un étage inférieur 2, ou étage de mesure, un étage collecteur intermédiaire 3 dont le diamètre est nettement supérieur à celui de l'étage de mesure 2, et un étage supérieur d'écoulement 4 dont le diamètre est à son tour supérieur à celui de l'étage précédent 3. Dans l'étage inférieur 2 de plus faible diamètre est montée une turbine 5 qui, grâce à des moyens non représen- tés, peut tourner autour de l'axe vertical X-X' du système et transmettre son mouvement de rotation au totalisateur du compteur qui n'a pas non plus été représenté. Cette turbine comprend un disque horizontal 6 qui est solidaire d'un îu moyeu 7 s'étendant vers le haut et qui est muni de pales radiales 8. La représentation schématique de la figure 3 montre que le liquide dont il s'agit de mesurer le débit pénètre dans l'étage inférieur 2 de la cuve 1 par deux injecteurs lb diamétralement opposes 9 et 9' qui sont dirigés vers le centre des pales 8 de la turbine 5 pour faire tourner cette dernière dans le sens de la flèche F. Les pales 8 sont constituées par des portions de cylindres à axe vertical dont la concavité est, bien entendu., tournée vers l'arrivée Su du liquide. A sa partie supérieure, l'étage de mesure 2 s'élargit pour former l'étage collecteur 3, et le liquide introduit par les injecteurs 9 et 9' le parcourt en suivant un traJet hélicoidal ascendant indiqué en T sur la figure 4. SS La présence de l'étage collecteur 3 de diamètre plus important permet de supprimer les turbulences qui se produi- saient dans les dispositifs connus et qui perturbaient l'écoulement hydraulique de l'étage de mesure 2. Pour éviter toutefois que cet élargissement de la X0 cuve 1 ne perturbe à son tour l'écoulement du liquide, il est prévu un déflecteur fixe 10 qui entoure de manière coaxiale le moyeu 7 de la turbine 5 en s'évasant vers le haut. Plus précisément, ce déflecteur est une portion de tore, de révolution autour de l'axe X-X' du système, dont la 3b courbe génératrice, de forme appropriée, présente une tangente verticale à son extrémité inférieure qui est située légèrement au-dessus du disque 6 de la turbine 5, cependant que son extrémité supérieure se raccorde au plan horizontal supérieur Il de la cuve 1. A sa partie supérieure, l'étage collecteur 3 s'élar- b git & son tour pour former l'étage d'écoulement 4 dont une partie de la périphérie est isolée de l'intérieur de la cuve 1 par deux cloisons verticales 12 et 12' qui prolongent vers le haut la paroi latérale de l'étage collecteur 3, qui sont diamétralement opposées et dont chacune s'étend environ sur 1u un quart de cercle. Entre ces cloisons 12 et 12', d'une part, et, d'autre part, la paroi latérale de l'étage d'écoulement 4, se trouvent ainsi ménagés des canaux annulaires 13 et 13' qui s'ouvrent vers l'intérieur de la cuve I par les inter- valles ou lumières 14 et 14' situées entre les cloisons 12 et 12'. A leur autre extrémité, les canaux 13 et 13' débouchent dans un ou plusieurs puits verticaux 15, 15' qui sont dirigés vers le bas, qui traversent la paroi latérale de la cuve 1 et qui rejoignent. l'orifice de sortie du compteur. Le liquide qui arrive dans l'étage d'écoulement 4, en suivant toujours le trajet hélicoïdal ascendant indiqué en T sur la figure 4, pénètre, sous l'effet de sa vitesse, de la force centrifuge et du déflecteur 10, dans les ?b lumières 14 et 14', puis il s'écoule le long des canaux 13 et 13', et il débouche dans les puits verticaux 15 et 15'. L'amenée du liquide dans la cuve I.par les injec- teurs 9 et 9' produit au centre de l'étage de mesure 2 un bouillonnement bien connu des spécialistes et parfois appelé "malstrom"' que l'on a représenté schématiquement en M sur la figure 4. Ce bouillonnement est sans effet sur les pales 8 de la turbine 5, du fait que celles-ci sont montées & la périphérie du disque 6, selon les enseignements du brevet européen n' 116.241 de la Demanderesse. Four éviter toutefois que ce malstrom M ne perturbe l'écoulement dans les étages supérieurs 3 et 4 de la cuve 1, le détlecteur 10 est traversé par un perçage cylindrique coaxial 16 sur le bas duquel se raccorde l'extrémité infé- rieure du déflecteur, et qui, comme ce dernier, s'étend vers le haut jusqu'au plan supérieur horizontal 11 de la cuve 1. Outre son rôle de confinement du malstrom M, le cylindre plein lb permet au liquide en bouillonnement d'exercer une pression sur le moyeu 7 de la turbine 5, ce qui maintient celui-ci sur son axe de rotation et limite ainsi au minimum les couples résistants dûs aux frottements, ainsi que l'usure. - REVENDICATIONS - 1. Compteur de liquide à jets multiples, du genre dans lequel une turbine reliée à un totalisateur est montée en rotation dans une cuve cylindrique munie, à la partie infé- rieure de sa périphérie, d'orifices d'injection du liquide, b et, à sa partie supérieure, de moyens pour évacuer le liquide vers la sortie du compteur, caractérisé par le fait que ladite cuve est une cuve étagée (1) comportant au moins un étage de mesure inférieur (2) dans lequel ladite turbine (b) est montée en rotation et qui est suivi vers le haut par lu un étage collecteur (3) de diamètre plus important. 2. Compteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits orifices d'injection sont constitués par deux buses d'injection (9, 9') qui débouchent dans ledit étage de mesure (2) en deux points diamétralement opposés et lb qui sont orientées vers le centre des pales (8) de la turbine (5). 3. Compteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que ledit étage collecteur (3) est suivi vers le haut par un étage d'écoulement (4) de diamètre plus important. 4. Compteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'une cloison annulaire (12, 12') présentant au moins une lumière (14, 14') prolonge vers le haut la péri- phérie dudit étage collecteur (3), en s'étendant sur toute 2b la hauteur dudit étage d'écoulement (4), le ou les canaux d'écoulement annulaires (13, 13') ainsi ménagés entre ladite cloison (12, 12') et la paroi latérale dudit étage d'écoulement (4) étant en communication avec la sortie du compteur. 5. Compteur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit ou lesdits canaux d'écoulement annulaires (13, 13') débouchent dans un ou plusieurs puits (15, 15') ménagés dans la paroi latérale de ladite cuve (1>, parallè- lement à l'axe (X-X') de celle-ci. Y È. Compteur selon l'une quelconque des revendications 1 à b5, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un deiflecteur Uo) qui s'étend en s'évasant vers le haut depuis ladite turbine 1) de ladite cuve tl1. 7. Compteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un cylindre fixe (16) de confinement des bouillonnements (M), dont l'axe coincide avec l'axe (X-X') du système et qui 1U s'étend entre ladite turbine (5) et le plan supérieur (11) de ladite cuve (1). 8. Compteur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que ledit cylindre (16) est percé coaxialement dans ledit deflecteur (10)., l1 u. Compteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que ladite turbine (5) comprend un disque (6) qui est perpendiculaire à l'axe (X-X') du système, qui porte sur sa périphérie des pales radiales (8) et qui est solidaire d'un moyeu axial (7) s'étendant vers le eu haut et relié au totalisateur du compteur. lu. Compteur selon la revendication 9, caractérise par le fait que l'extrémité inférieure dudit déflecteur (lU) se raccorde tangentiellement au bas dudit cylindre de confine- ment (16), légèrement au-dessus dudit disque (6).