CH435781A - Procédé pour mesurer le débit massique d'un fluide et débitmètre pour la mise en oeuvre de ce procédé - Google Patents

Description

  
 



  Procédé pour mesurer le débit massique d'un fluide et débitmètre pour la mise
 en oeuvre de ce procédé
 L'invention a pour   objet    un procédé pour mesurer le débit massique d'un fluide.



   Ce procédé est caractérisé par le fait qu'on divise l'écoulement total en deux parties, qu'on fait parcourir à chaucune de ces deux parties un chemin différent, que   l'on fait se rejoindre ces chemins s en un point de jonction, qu'on imprime à une e première de ces parties, en un    point de son parcours, un mouvement   tourbilJolnlnaire,    qu'on mesure le moment cinétique que possède de ce fait le fluide en aval du point de génération du tourbillon, qu'on mesure la vitesse de rotation que possède   l'écoule-    ment en aval dudit point de jonction, et qu'on élabore à partir de ces deux mesures un signal représentant le débit massique du fluide.



     I1    est précisé ici que le terme    en    aval  doit tre interprété comme comprenant le point de référence.



   L'invention a également pour objet un débitmètre pour la mise en oeuvre du procédé.



     I1    est connu d'avoir des débitmètres dans lesquels le fluide y est obligé de s'écouler à travers un passage annulaire au sein duquel un mouvement tourbillonnaire lui est communiqué   (c'est-àdire    que sa vitesse d'écoulement y acquiert une composante   rotationnelie);    le moment cinétique T du   fluide      tourbillonnant    est mesuré ainsi que, ensuite, la vitesse de rotation V de cet   écoulement    rotationnel. Des signaux traduisant ces deux grandeurs sont transmis à un organe de calcul qui, en effectuant le quotient du couple   de    réaction par la vitesse de rotation, élabore le débit massique M,   c'est-à-dire    la masse de fluide s'écoulant par unité de temps.



   Le mouvement   tourbillonnaire    peut tre   communi-    qué au fluide par un rotor entraîné par un moteur, ou par un aubage incliné. Dans le cas   d'un    aubage incliné, le moment cinétique aussi bien que la vitesse de rotation croissent notablement lorsque le   débit    massique et, par conséquent, la vitesse axiale du   fluide    augmentent; il en résulte que la gamme de débits 'dans laquelle le débitmètre reste précis est   restreinte.   



   Un des buts visés par l'invention est d'obtenir un débitmètre qui reste précis dans une gamme étendue de débits.



   Le débitmètre suivant l'invention comprend un organe générateur de tourbillon imprimant au fluide qui le traverse un   mouvement    tourbillonnaire, un dispositif de mesure du moment cinétique du tourbillon qui est   imprimé é au fluide par leldit ou organe générateur et un dis-    positif à organe tachymétrique capable de mesurer la vitesse de rotation du fluide, et est caractérisé par le fait qu'il comporte une dérivation permettant à une partie du fluide d'éviter l'organe générateur de tourbillon et de rejoindre, en amont de l'organe tachymétrique, le fluide traversant cet organe   générateur.   



   La   dérivation    du débitmètre suivant l'invention contient de préférence des aubes de guidage. Ce débitmètre est en outre équipé de préférence d'une vanne à ouverture réglable permettant de régler le débit du fluide traversant la dérivation par   rapport    au débit du fluide traversant l'organe générateur de tourbillon.



   Deux formes   d'éxécution du    débitmètre suivant l'invention seront   maintenant    décrites à titre d'exemple en se référant aux dessins schématiques annexés, dans lesquels:
 La fig. 1 est une vue en élévation, partiellement en coupe axiale, de la première forme d'exécution; et
 la fig. 2 est une vue semblable de la seconde forme d'exécution.



   Le débitmètre représenté à la fig. 1 comprend un carter 11, de. section   cirulaire,    qui est formé d'une partie médiane renflée 12 avec deux parties 13, dont l'une est destinée à l'entrée, l'autre à la sortie du fluide, et dont le diamètre varie de manière   continue.    A une extrémité 14 du carter, en   l'occurenoe    l'extrémité   amont    constituant l'entrée du débitmètre, se trouve un mesureur de couple 15.   Celuioi    est   coaxial    au carter   1 1    et il est maintenu   an    plate par des étrésillons 16 qui sont profilés de manière à donner au fluide une direction d'écoulement sensiblement axiale. Le mesureur de couple 15 a luimme un carénage favorisant cet écoulement.

   Un arbre 17 relié au mesureur de couple 15 porte un aubage 18 à  aubes hélicoïdales disposées dans la partie renflée 12 du carter 11. L'arbre 17 est prolongé par une partie 19, de diamètre inférieur, qui porte un organe   tachymétrlque    constitué en l'occurrence par une roue à aubes 21 tour  ner par rapport à cette partie e 19 grâce à des paliers 22.   



  Cette partie 19 est   elle-mme    supportée à son extrémité libre par des   étrésillons    23 par   l'intermédiaire    de   palies    24. La roue 21 a ses aubes   orientées    dans une direction sensiblement axiale. L'aubage 18 ainsi que la roue à aubes 21 sont de   préférence    faits en une matière ayant la mme densité que celle du fluide destiné à traverser le débitmètre.



   Au droit de la partie renflée 12, l'aubage 18 est entouré d'un manchon cylindrique 25 qui, en s'étendant parallèlement à l'axe de cette partie renflée divise son espace intérieur en deux chambres annulaires, l'une intérieure 26 et l'autre extérieure 27. Le manchon 25 est fixé au carter   1 1    par un   ensemble    d'aubes de guidage 28 disposées dans une direction sensiblement parallèle à l'axe.

   Une vanne, constituée par un manchon 29, est disposée à l'intérieur Idu carter   1 1;    elle   peut    tre déplacée axialement à l'aide d'un servo-moteur 30 par l'intermédiaire d'un mécanisme à crémaillère et pignon non représenté de manière à faire varier l'ouverture 31 menant au passage de dérivation constitué par la chambre annulaire extérieure 27, cette ouverture étant   app    lée à varier de zéro à une valeur   maximale    lorsque le débit à travers le débitmètre croît d'une valeur minimale à une valeur maximale.

   L'espace compris entre la sortie 32 de la chambre extérieure 27 et la roue à aubes 21 constitue une chambre de mélange 33 dont la longueur a une valeur suffisamment grande pour permettre aux parties de l'écoulement traversant les chambres 26 et 27 de se mélanger, mais suffisamment petite pour éviter des pertes dues à la résistance opposée à l'écoulement par les parois du carter 11.



   Un capteur de vitesse 34, de type quelconque, conventionnel ou autre, est disposé de manière à mesurer la vitesse de rotation de la roue à aubes 21. Le signal qu'il engendre est acheminé vers un organe Ide calcul représenté schématiquement par un bloc 35. Il en est de mme du signal engendré par le mesureur de couple 15.



  Le signal engendré par l'organe de calcul 35 sur sa sortie 35a représente le débit massique à travers le débitmètre et, si nécessaire, peut tre acheminé vers un totalisateur non représenté. L'aubage hélicoïdal 18 est muni d'un bandage 36 dont le diamètre est légèrement inférieur à celui du manchon 25, si bien qu'il y a écoulement entre eux deux.



   Les extrémités du carter   1 1    sont munies de brides 37 permettant de raccorder le débitmètre à une canalisation, hydraulique.



   Le fonctionnement du débitmètre est le suivant: Le   liquide e entrant dans l'appareil est divisé en deux cou-    rants circulant   l'un    à travers la chambre intérieure 26, l'autre à travers la chambre extérieure 27. L'aubage hélicoïdal 18 imprime au courant intérieur un mouvement tourbillonnaire. Le couple de réaction T qu'exerce ce courant intérieur sur cet aubage hélicoïdal 18 est mesuré par le mesureur, de couple 15. Les   deux    courants
 se   rejoignent    ensuite et se mélangent dans la chambre de mélange 33. Le courant combiné qui en résulte met
 alors en rotation la roue à   aubes    21 à la vitesse moyenne
V du mouvement.   tourbillonnaire.   



   Les signaux engendrés par le mesureur de couple 15
 et par le capteur de vitesse 34 sont acheminés vers l'or
 gane de calcul 35 qui élabore comme on va le voir un
 signal   représentant    le débit massique. Du fait que la
 chambre de mélange 33 est courte, le moment cinétique    du fluide au droit de la roue à aubes 21 est t le mme que   
 celui qui est imprimé au courant intérieur par l'aubage hélicoïdal 18, de sorte que l'on a
 mi   vl    =   MV   
 en désignant par
   m1    le débit massique du courant intérieur
   vt    la vitesse de rotation du   courant    intérieur    M le débit t massique total à travers l'appareil   
 V la vitesse angulaire moyenne die la roue à aubes.



   Comme on   a de    plus    Mu vu = T/K   
 où T représente le moment cinétique du fluide tourbil
 lonnant et K une   constante,    il s'ensuit que
 T =   KMV et que M    = T/KV    L'organe de calcul 35 est t en outre agencé de manière   
 à commander le servo-moteur 30 pour que, lorsque le
 débit massique total augmente, la vanne 29 accroisse    l'ouverture    31 et, par conséquent, la proportion de
 l'écoulement qui traverse la chambre extérieure 27. La
 vanne 29 peut tre commandée de manière telle que le
 moment agissant sur l'aubage 18 et la vitesse angulaire
 de la roue à aubes 21 varie selon une loi prédéterminée,
 par exemple   T¯Mt/et V¯Ml/2.   



     I1    convient de remarquer que tout frottement entre la
 roue à aubes 21 et la partie 19 de l'arbre 17 a un effet
 opposé à celui de la réaction exercée sur   l'aubage    18 et
 donne lieu à une diminution compensatrice du couple
 mesuré par le   mesureur    de couple; cela équilibre ou
 réduit   l'effet    de la   diminution    de la vitesse angulaire dûe
 à ce frottement, si bien que le débitmètre continue à
 donner des résultats précis.



   On voit que la chambre extérieure 27 constitue une    dérivation permettant t à une e partie du fluide d'éviter la   
 traversée de l'aubage hélicoïdal 18 (mais par de la roue
 à aubes 21).



   Le débitmètre   représenté    à la fig. 2 est identique à
 celui visible à la fig. 1, sauf la réalisation de la vanne et
 son fonctionnement. Dans cette réalisation, le manchon
 25a (mais pas   l'aublage    28a) est mobile axialement, et il
 est pourvu de rebords 51 et 52   placés    à son extrémité
 antérieure et à son extrémité postérieure. En outre, il
 présente un   épaulement    intérieur 53 disposé un peu en
 aval de l'aubage hélicoïdal 18. Le bandage 36a de l'au
 bage 18 possède un rebord 54 à son extrémité amont.



   Un ressort à boudin 55, travaillant à la compression,
 s'appuie sur les rebords 54 et 51 et   sollicite    le manchon
 25a contre   une    lèvre 56 formant diaphragme, de
 manière à faire varier   l'ouverture    31 communiquant
 avec la chambre extérieure 27. Le manchon 25a fait
 donc office de vanne. La dûreté du ressort 55 est telle
 que l'ouverture 31 soit   minimale    lorsque le débit massi   que à travers le débitmètre est t minimal, et soit maximale   
 lorsque ce débit est maximal. Le fluide exerce sur les
 rebords 51 et 52 et sur l'épaulement 53 une poussée en
 sens inverse,   Bteadant    à ouvrir l'ouverture 31.



   Différentes   moditications    peuvent tre apportées aux
 deux formes de réalisation décrites ci-dessus. Par exem
 ple, la dérivation, au lieu d'tre constituée par une    chambre annulaire, peut tre formée par un n ou plusieurs   
 passages ou conduits distincts pourvus chacun d'une
 vanne adéquate. Le débitmètre peut tre également uti
 Jisé avec des fluides autres que des liquides. Les aubes
 de guidage peuvent tre munies, sur un de leurs côtés ou
 sur les deux, d'aubes stabilisatrices destinées à lisser
 l'écoulement du fluide. La répartition de l'écoulement  total entre la partie qui traverse la chambre contenant   l'aubage    hélicoïdal et la partie qui traverse la dérivation peut tre variée par une vanne limitant le débit à travers   l'aubage    hélicoïdal.

   Cette vanne peut tre agencée de manière à accroître l'ouverture communiquant avec la   dérivation    et inversement. Les aubes 28 peuvent tre inclinées, et cela dans le mme sens que les aubes 18 ou en sens   inverse.    Les aubes de la roue 21 doivent alors tre inclinées   zde    la mme quantité et dans le mme sens.



   REVENDICATIONS
 I. Procédé pour mesurer le débit massique   d'un    fluide, caractérisé par le fait qu'on divise l'écoulement total en deux parties, qu'on fait parcourir à chacune de ces deux parties un chemin différent, que   l'on    fait se rejoindre ces chemins en un point de jonction, qu'on imprime à une première   dle    ces parties, en un point de son parcours, un mouvement tourbillonnaire, qu'on mesure le moment cinétique que possède de ce fait le fluide en aval du point de génération du tourbillon, qu'on mesure la vitesse de rotation que possède de l'écoulement en aval dudit point de jonction, et qu'on élabore à partir de ces   deux    mesures un signal représentant le débit massique, du fluide.
  

Claims (1)

1. II. Débitmètre pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication I, comprenant un organe générateur dle tourbillon imprimant au fluide qui le traverse un mouvement tourbillonnaire, un dispositif de mesure du moment cinétique du tourbillon qui est imprimé au fluide par ledit organe générateur et un dispositif à organe tachymétrique capable de mesurer la vitesse de rotation du fluide, caractérisé par le fait qu'il comporte une dérivation permettant à une partie du fluide d'éviter l'organe générateur Idole tourbillon et de rejoindre, en amont de l'organe tachymétrique, le fluide traversant cet organe générateur.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé suivant la revendication I, caractérisé par le fait qu'on modifie, en fonction du débit total, le rapport de partage du fluide entre lesdites deux parties en faisant varier le débit du fluide constituant la seconde partie.

   2. Procédé suivant la revendication I, caractérisé par le fait qu'on mesure le moment cinétique que possède le fluide au point de génération du tourbillon.

   3. Débitmètre suivant la revendication II, caractérisé par le fait que le dispositif de mesure du moment cinéti- que est constitué par un mesureur de couple capable de mesurer r le couple de réaction provoqué par le fluide sur l'organe générateur de tourbillon.

   4. Débitmètre suivant la revendication II, caractérisé par le fait que la dérivation contient des aubes destinées à guider le fluide, dérivé.

   5. Débitmètre suivant la revendication II et la sous revendication 4, caractérisé par le fait que les aubes de guidage sont disposés parallèlement à l'axe de l'écouSe- ment dans la dérivation.

   6. Débitmètre suivant la revendication II. caractérisé par le fait que le débit du fluide traversant t la dérivation est commandé par une vanne à ouverture réglable.

   7. Débitmètre suivant la revendication II, caractérisé par le fait que le débit du fluide traverslarut l'organe générateur de tourbillon est commandé par une vanne à ouverture réglable.

   8. Débitmètre suivant la revendication II et la sousrevendication 6 ou 7, caractérisé par le fait que la vanne à ouverture réglable est commandée par le débit du fluide traversant le débitmètre.

   9. Débitmètre suivant la revendication II et la sousrevendication 8, caractérisé par le fait que la vanne à ouverture réglable est sollicitée vers sa position de fermeture et présente ides moyens permettant d'augmenter la traînée qu'exerce sur elle le fluide traversant le débitmètre, et ceci de manière que cette traînée tende à l'ouvrir.

   10. Débitmètre suivant la revendication II, dans lequel l'organe tachymètrique est une roue à aubes, caractérisé é par le fait que la roue à aubes est montée tournante sur la mme pièce que celle sur laquelle est fixé l'organe générateur de tourbillon.

   11. Débitmètre suivant la revendication II, compre nant t un chemin d'écoulement de section annulaire, caractérisé par le fait que la dérivation comporte une chambre de section annulaire entourant ce chemin d'écoulement.

   12. Débitmètre suivant la revendication II, caractérisé par le fait que le dispositif de mesure du moment cinétique et le dispositif à l'organe tachymétrique sont raccordées à un organe de calcul capable de calculer, à partir des signaux de sortie de ces dispositifs, le débit massique du fluide traverant le débitmètre.

   13. Débitmètre suivant la revendication II, la sousrevendication 6 ou 7, et la sons-revendication 12, caractérisé par le fait que la vanne à ouverture réglable est actionnée par un dispositif commandé par l'organe de calcul.