Brevet FR2785675A1 — publié le 20000512

Soufflante comprenant un dispositif pour la détermination du débit massique ou volumique du fluide véhiculé' La présente invention se rapporte à une soufflante pour un fluide compressible, comprenant un dispositif pour déterminer le débit massique ou volumique du fluide véhi- culé, soufflante comprenant un corps présentant une tubulure d'aspiration et une tubulure de refoulement et une roue montée mobile en rotation dans ledit corps, et au moins un capteur de pression relié à une unité d'exploitation. Des soufflantes de ce type sont connues dans l'état de la technique suivant divers modes de réalisation. Il est fait référence à ce sujet en particulier aux documents EP 0 378 570 B1 et EP 0 588 910 B1. Dans ces modes de réalisation connus, une restriction (en particulier sous la forme d'un diaphragme) est prévue sur le trajet d'écoulement entre deux emplacements de mesure de pression, soit dans une sonde (voir EP 0 588 910 Bt), soit dans la tubulure de refoulement (voir EP 0 378 570 B1). A partir de la chute de pression sur la restriction, c'est-à- dire la différence de pression entre les deux emplacements de mesure de pression, il est possible, connaissant la densité du fluide, de tirer des conclusions quant à la vitesse de ce dernier. A partir de cette vitesse, il est de nouveau possible, connaissant la section de passage dans le plan de la restriction, de déterminer le débit volumique. D'autres soufflantes avec des dispositifs pour déterminer le débit volumique sont connues par exemple par les documents EP 0 419 798 B2 et EP 0 641 997 B1. Le premier de ces documents concerne un ventilateur radial dans lequel a lieu, côté entrée, une mesure de la pression statique qui est comparée à la pression ambiante en vue de la détermination du débit volumique. Le second de ces documents révèle une pompe centrifuge avec un dispositif de mesure de débit, deux emplacements de prise de pression étant disposés de telle manière que l'on obtienne, en vue de l'exploitation, un signal de pression différentielle qui est nettement distinctif en raison de la pression dynamique localement différente. On connaît en outre (voir document DE 39 20 185 A1) une pompe à entraînement par moteur électrique, conçue en particulier pour le transport de liquide, notamment pour une installation de chauffage, des capteurs étant disposés pour détecter le régime de rotation, l'intensité de courant électrique et/ou la pression différentielle, pour déterminer le débit volumique du fluide. En combinaison avec une valeur de température également mesurée, il est possible de déterminer ainsi la quantité de chaleur véhiculée. Les dispositifs de mesure prévus sur les soufflantes connues du type défini ci-dessus présentent divers inconvénients. Dans le cas de la soufflante connue par le document EP 0 588 910 B1, le risque existe d'un endommage- ment mécanique de la sonde qui fait saillie dans le canal d'écoulement. En outre, une admission asymétrique du fluide, qui est souvent inévitable en raison des situations de montage spécifiques de la soufflante, peut conduire à des erreurs de mesure. Il en est ainsi, en raison de l'espace de montage restreint, par exemple dans le cas de soufflantes qui sont utilisées dans le cadre de systèmes de climatisation pour des aéronefs. La soufflante selon le document EP 0 378 570 B1 présente l'inconvénient que le dispositif de mesure prévu côté refoulement sur la soufflante conduit à des pertes de charge, particulièrement à des vitesses d'écoulement élevées, et ne peut ainsi être utilisé que pour des applications spéciales. Compte tenu des inconvénients énumérés ci-dessus dont sont affectées les soufflantes connues du type défini ci- dessus, le but de l'invention est de créer une soufflante du type décrit sur laquelle le flux massique ou volumique de fluide peut être déterminé, même dans une situation de montage défavorable, avec un degré élevé de précision sans que la détermination du débit massique ou volumique ne conduise à des pertes de charge. Ce but est atteint, selon l'invention, par une soufflante pour un fluide compressible comprenant un dispositif pour déterminer le débit massique ou volumique du fluide dans un plan de calibrage, cette soufflante comprenant un corps présentant une tubulure d'aspiration et une tubulure de refoulement et une roue montée mobile en rotation dans ledit corps, au moins un emplacement de prise de pression étant prévu côté aspiration et côté refoulement dans le corps, emplacement auquel, en vue de la détermination de la différence de pression à P1,2 sur la roue, est relié au moins un capteur de pression qui est à son tour relié à un dispositif d'exploitation électronique auquel sont en outre envoyés un signal de régime n représentant le régime (vitesse de rotation) de la roue, un signal de pression PK représentant la pression statique dans le plan de calibrage ainsi qu'un signal, de température TK représentant la température réelle du fluide véhiculé dans le plan de calibrage. L'unité d'exploitation comprend une mémoire de constantes et une mémoire de caractéristiques dans lesquelles sont mémorisées d'une part la constante de gaz R spéciale, spécifique du fluide véhiculé, et d'autre part la caractéristique de soufflante réduite aux conditions de calibrage, à un régime prédéterminé ncal de la roue et à une température prédéterminée Tcal dans le plan de calibrage. L'unité d'exploitation comprend en outre un processeur qui traite les données amenées à, ou mémorisées dans, l'unité d'exploitation, en une ou plusieurs étapes, pour déterminer l'enthalpie selon la formule TK2 n(a 2 1 His,red,cal = L P1, 2 R Tcaln PK et qui détermine, à partir de la mémoire de caractéristi- ques, le débit volumique Vredcal réduit, associé à la valeur déterminée pour His,red,cal, et de là le débit volumique selon la formule /Tcal n V = Vred,ca l ATTK nc a l Ainsi, dans le cadre de la détermination du débit massique ou volumique, on utilise, entres autres grandeurs, la différence de pression mesurée sur la roue. Cette différence de pression peut, dans le cadre de l'invention, être déterminée en passant par un unique capteur de pression réalisé sous forme de capteur de pression différentielle. De la même manière, il est possible d'envisager de comparer dans l'unité d'exploitation les signaux de deux capteurs de pression pour déterminer la différence de pression. Dans tous les cas, on détermine, à partir de la différence de pression sur la roue, en tenant compte de la constante de gaz R spéciale du fluide à véhiculer, l'accroissement d'énergie ou enthalpie, ce qui permet de lire, sur une caractéristique spécifique de la soufflante, mémorisée sous forme de tableau numérique ou sous forme de polynôme, le débit volumique Vred,cal réduit aux conditions de calibrage. Ce dernier est ensuite converti sur les conditions réelles. Aussi bien pour déterminer l'enthalpie réduite aux conditions de calibrage à partir de la différence de pression que lors de la détermination du débit volumique réel à partir du débit volumique réduit obtenu à partir de la caractéristique, on utilise des lois de similitude pour mettre en relation réciproque les conditions réelles et les conditions normées qui constituent la base pour la caractéristique calibrée. La différence de pression régnant entre l'emplacement de mesure disposé côté aspiration et l'emplacement de mesure disposé côté refoulement est normée avec utilisation d'un signal de régime représentant le régime (vitesse de rotation) de la roue et d'un signal de température représentant la température du fluide à véhiculer, ces signaux étant appliqués à l'unité d'exploitation. Sur la base de cette différence de pression normée, on détermine ensuite, en passant par l'enthalpie calibrée, à l'aide de valeurs de calibrage mémorisées dans l'unité d'exploitation, le débit volumique traversant la soufflante dans le plan de calibrage. Il est particulière- ment avantageux d'utiliser, comme plan de calibrage, le même plan que celui qui constitue la base pour l'une des mesures de pression ou la mesure de la différence de pression sur la roue. En effet, dans ce cas, en raison de la possibilité d'utilisation multiple des grandeurs mesurées, les dépenses en appareillage et en calcul sont minimales. Si le plan de calibrage et le plan associé à l'emplacement de prise de pression côté aspiration coïncident, l'emplacement de prise de pression côté aspiration peut être utilisé pour déterminer A P1,2 ainsi que PK. La détermination directe du débit volumique dans un autre plan, qui en est dérivée, est possible en tenant compte des valeurs, mesurées dans ce plan, de la pression statique ainsi que de la température. Par ailleurs, un calcul du débit volumique dans un plan autre que le plan de calibrage est possible en passant par le "biais" du débit massique qui est constant et qui résulte directement du débit volumique dans le plan de calibrage, compte tenu de la pression et de la température régnant dans ce plan. Si, par exemple, c'est la détermination du débit volumique côté aspiration de la soufflante qui est recherchée, on détermine dans la tubulure d'aspiration la pression statique ainsi que la température du fluide. La soufflante conforme à l'invention peut, comme cela résulte de ce qui précède, se passer d'une restriction disposée entre les deux capteurs de pression, ou d'autres dispositifs provoquant des pertes de charge. En outre, il n'y a pas à prévoir une sonde pénétrant dans le canal d'écoulement, nécessaire pour mesurer la pression totale, de sorte que le risque d'un endommagement se trouve réduit et que, de cette manière, la fiabilité de la mesure se trouve accrue. Un avantage essentiel de la soufflante conforme à l'invention, par rapport à l'état de la technique, consiste dans le fait que même dans des situations de montage différentes et/ou défavorables de la soufflante conforme à l'invention, le débit massique ou volumique peut être déterminé avec un haut degré de précision. En particulier, le débit massique ou volumique déterminé n'est pas fonction des conditions d'admission à la soufflante comme c'est le cas en particulier pour la soufflante suivant la document EP 0 419 798 B2. En passant par la pression statique et la température, il est possible, comme cela est nécessaire pour la détermination de débit massique le cas échéant désirable, de déterminer la densité du fluide. De préférence, on exploite à cet effet, à partir de la différence de pression mesurée par un capteur de pression différentielle disposé côté aspiration, par rapport à la pression ambiante, la pression statique en amont de la roue et la température déterminée par un capteur de température côté aspiration. En ce sens, un mode de réalisation préféré de l'invention se distingue par le fait qu'il est prévu un capteur de température disposé côté aspiration, lequel est relié à l'unité d'exploitation, dans laquelle est exploitée, en plus de la différence de pression, la pression statique régnant côté aspiration. Dans le cadre de la présente invention, des emplacements de prise de pression réalisés sous forme de perçages individuels peuvent être associés au(x) capteur(s) de pression. Cela s'avère particulièrement avantageux lorsqu'au moins un signal de pression statique et/ou le signal de différence de pression est analysé dans un analyseur d'oscillations, en vue de la détermination du point de fonctionnement de la soufflante (voir ci-après). Au lieu de tels perçages individuels, il est cependant possible également d'associer au(x) capteur(s) de pression des emplacements de prise de pression réalisés sous forme de canaux annulaires. De tels canaux annulaires compensent des erreurs de mesure dues A des conditions d'écoulement asymétrique, en établissant une moyenne de la pression statique sur toute la périphérie du canal d'écoulement respectif. Ainsi, la réalisation des emplacements de prise de pression sous forme de canaux annulaires contribue à un accroissement supplémentaire de la précision de la détermination du débit massique ou volumique, en réduisant l'influence d'asymétries d'écoulement. Dans le cadre de la présente invention, il est possible de prévoir, suivant un mode de réalisation particulièrement préféré, un analyseur d'oscillations auquel peut être associé un filtre et qui analyse un signal de pression statique d'au moins un capteur de pression et/ou un signal de différence de pression du point de vue fréquence et amplitude. Ce mode de réalisation de l'invention exploite le fait que chaque soufflante présente, du point de vue oscillations du fluide véhiculé, un comportement, qui est caractéristique pour le point de fonctionnement momentané. En général, lors du fonctionnement d'une soufflante dans la zone stable, le fluide véhiculé n'est affecté que dans une faible mesure par des oscillations de pression, tandis que dans la zone pompage et dans la zone sous critique de la caractéristique, le fluide véhiculé subit des oscillations de pression considérables. L'amplitude de ces oscillations est fonction de l'importance et de la géométrie de la colonne de fluide dans le système de canalisation, de la résistance à l'écoulement de la canalisation et de l'état de fonctionnement de la soufflante. Dans la zone de la roue, les amplitudes de ces oscillations sont fonction de la résistance à l'écoulement de la canalisation et de l'état de fonctionnement de la soufflante. Dans ces conditions, il est particulièrement favorable qu'un emplacement de prise de pression côté aspiration soit disposé directement en amont de la roue et un emplacement de prise de pression côté refoulement immédiatement en aval de la roue. Dans ce cas, on obtient un signal de pression différentielle ayant un comportement d'oscillations particulièrement bien exploita- ble. Dans le cas d'une soufflante hélicoïde typique, les amplitudes des oscillations dans la plage de 20 Hz à 100 Hz sont par exemple décisives pour la détermination de la position du point de fonctionnement. Lorsque le nombre des dépassements des amplitudes au-delà d'une valeur de seuil spécifique de la soufflante, proportionnelle au régime de fonctionnement du ventilateur, à l'intérieur d'un laps de temps déterminé (par exemple 1 seconde), est supérieur à une valeur déterminée (par exemple 4), le point de fonctionne- ment se trouve dans la zone de pompage ou dans la zone sous- critique. Dans le cas contraire, le ventilateur fonctionne dans la plage stable. L'application de la présente invention n'est pas limitée à un certain type ou à une certaine structure de soufflante. Au contraire, la présente invention permet de déterminer le flux massique ou flux volumique sur des soufflantes de types les plus divers. En particulier, l'invention peut être utilisée aussi bien pour des soufflantes hélicoïdes que pour des soufflantes centrifuges ou des soufflantes hélico- centrifuges. Par ailleurs, on entend par "soufflantes", dans le cadre de la présente invention, des soufflantes dans le sens le plus large du terme, y compris les aérateurs et ventilateurs. REVENDICATIONS 1. Soufflante pour un fluide compressible, comprenant un dispositif pour déterminer le flux massique ou volumique dans un plan de calibrage, comprenant un corps présentant une tubulure d'aspiration et une tubulure de refoulement et une roue montée mobile en rotation dans ce corps, au moins un emplacement de prise de pression étant prévu côté aspiration et côté refoulement dans le corps, emplacement auquel, en vue de la détermination de la différence de pression A P1,2 sur la roue, est relié au moins un capteur de pression qui est à son tour relié à une unité d'exploitation électronique à laquelle sont par ailleurs amener un signal de régime n représentant le régime (vitesse de rotation) de la roue, un signal de pression PK représentant la pression statique dans le plan de calibrage, ainsi qu'un signal de température TK représentant la température réelle du fluide dans le plan de calibrage, caractérisée par le fait que l'unité d'exploitation comprend une mémoire de constantes et une mémoire de caractéristiques, dans lesquelles sont mémorisées d'une part la constante de gaz R spéciale, spécifique du fluide à véhiculer, et d'autre part la carac- téristique de soufflante réduite aux conditions de cali- brage, à un régime prédéterminé ncal de la roue et à une température Tcal prédéterminée dans le plan de calibrage, et l'unité d'exploitation comprend en outre un processeur qui traite les données amenées à, ou mémorisées dans, l'unité d'exploitation, en une ou plusieurs étapes, pour déterminer l'enthalpie suivant la formule il TK2 ncal 2 1 His,red,cal = 1 P1,2 R i Tcal n! PK et qui détermine, à partir de la mémoire de caractéristi- ques, le débit volumique Vredcal réduit, associé à la valeur déterminée pour His,red,cal, et de là le débit volumique suivant la formule jTcal n V = Vred,cal TK ncal 2. Soufflante suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le plan de calibrage et le plan associé à l'emplacement de prise de pression côté aspiration coïncident, de sorte que l'emplacement de prise de pression côté aspiration est utilisé pour déterminer &P1,2 ainsi que PK. 3. Soufflante suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que la caractéristique de la soufflante est mémorisée dans la mémoire de caractéristiques de soufflante de l'unité d'exploitation sous la forme d'un tableau numérique ou d'un polynôme. 4. Soufflante suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la valeur de PK est déterminée par une mesure de pression différentielle par rapport à la pression ambiante. 5. Soufflante suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait qu'il est prévu un analyseur d'oscillations qui analyse un signal de pression statique et/ou un signal de différence de pression d'au moins un capteur de pression. 6. Soufflante suivant la revendication 5, caractérisée par le fait qu'un filtre est associé à l'analyseur d'oscillations. 7. Soufflante suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait que l'emplacement de prise de pression côté aspiration est disposé immédiatement en amont de la roue. 8. Soufflante suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait que l'emplacement de prise de pression côté refoulement est disposé immédiatement en aval de la roue. 9. Soufflante suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que les emplacements de prise de pression sont réalisés sous forme de perçages indivi- duels. 10. Soufflante suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que les emplacements de prise de pression sont réalisés sous forme de canaux annulaires. 11. Soufflante suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée par le fait que la soufflante est réalisée sous forme de soufflante hélicoide. 12. Soufflante suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée par le fait que la soufflante est réalisée sous forme de soufflante centrifuge. 13. Soufflante suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée par le fait que la soufflante est réalisée sous forme de soufflante hélico-centrifuge.