EP0581636B1 - Redresseur de flux pour poste de detente et dispositif de comptage - Google Patents

Redresseur de flux pour poste de detente et dispositif de comptage Download PDF

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EP0581636B1
EP0581636B1 EP19930401809 EP93401809A EP0581636B1 EP 0581636 B1 EP0581636 B1 EP 0581636B1 EP 19930401809 EP19930401809 EP 19930401809 EP 93401809 A EP93401809 A EP 93401809A EP 0581636 B1 EP0581636 B1 EP 0581636B1
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flow rectifier
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Luc Ogez
Jérôme Deye
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Itron Soluciones de Medida Espana SA
Schlumberger SA
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Itron Soluciones de Medida Espana SA
Schlumberger SA
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E03WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03BINSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
    • E03B7/00Water main or service pipe systems
    • E03B7/09Component parts or accessories
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E03WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03BINSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
    • E03B7/00Water main or service pipe systems
    • E03B7/07Arrangement of devices, e.g. filters, flow controls, measuring devices, siphons, valves, in the pipe systems
    • E03B7/072Arrangement of flowmeters
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15DFLUID DYNAMICS, i.e. METHODS OR MEANS FOR INFLUENCING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS
    • F15D1/00Influencing flow of fluids
    • F15D1/02Influencing flow of fluids in pipes or conduits

Definitions

  • the present invention relates to a flow rectifier. She applies in particular to fluid flow conditioning before counting this flow. She finds an application particularly advantageous in a relaxation and counting.
  • rectifiers we know different types. The simplest of them is formed by a flat plate adapted to dimensions of the pipe in which the fluid circulates and pierced with holes allowing the flow.
  • this plate can be pierced with an orifice central of larger diameter than the holes and not modifying not the velocity profile near the flow axis.
  • the rectifier is composed of a first plate pierced with holes.
  • This first plaque has a smaller diameter than the pipe for which the rectifier is designed.
  • the first plate is attached by a cylinder to a crown having a diameter outside equal to the diameter of the pipe for which the rectifier is designed. This crown is pierced with holes in the same way as the first plate.
  • a relaxation station is composed of a large number of elements (filters, pressure reduction chamber, control valves, counter ). For reasons practical, we seek to reduce the total size.
  • the rectifier itself may be a few D in length, which further adds to the overall size.
  • the present invention overcomes these drawbacks.
  • the size of the device is reduced because the straightening of the speed profile can be obtained directly after the fluid has passed through the rectifier and on the other hand, found that the measurement accuracy of meters, especially but not only turbine meters, is improved compared to the situation anterior.
  • a flow rectifier according to the invention also has the advantage of be able to operate with the same efficiency regardless of direction fluid inlet.
  • the flux rectifier according to the invention can as well be placed in a straight pipe only at the end of an elbow.
  • the present invention relates to a flow straightener comprising a main part intended to be placed upstream, this part having a surface with symmetry of revolution around a central axis, according to claim 1.
  • the main part may be truncated.
  • the main truncated part has one end closed by a circular plate pierced with holes.
  • the main part is surrounded by a crown pierced with holes.
  • the main part has a longitudinal extension included in a range from 0.6 D to 2.8 D, D being the largest diameter of the rectifier.
  • the main part is cone-shaped.
  • the cone has a circular base of diameter adapted to the diameter of a pipe in which the rectifier is intended to be mounted.
  • the cone has a generator making an angle with the central axis in a range from 10 ° to 40 °.
  • a flow rectifier according to the invention has a void rate in a range from 30% to 50%.
  • the present invention also relates to a relaxation station and metering system including a flow rectifier in accordance with minus one of the characteristics described above, the rectifier being mounted upstream and in the immediate vicinity counting means.
  • the flow rectifier 10 is fixed between two cylindrical pipes 12, 13 by a crown of peripheral attachment 14.
  • the rectifier 10 has a main part 16 placed upstream.
  • This main part 16 has a surface with symmetry of revolution around the central axis A. The surface is generated by a curve with re-entrant curvature relative to the central axis A, this curve passing through a fixed point on the central axis AT.
  • the longitudinal extension L of the main part 16 is for example in a range from 0.6 D to 2.8 D where D is the diameter of the pipe 13 and therefore corresponds to the largest diameter of the rectifier. It may be equal to 1.3 D.
  • the rectifier is pierced with holes 17 to allow the passage of the fluid.
  • the void rate that is to say the percentage of void space relative to the space occupied by the material, is for example comprised in a range going from 30% to 50%.
  • the vacuum rate may be equal to 40%.
  • the rectifier 10 may be made of steel or any other rigid material and compatible with the fluid. As can be understood from the view in FIG. 1A, the flow rectifier makes it possible to obtain an axisymmetric speed profile such that the volume flow rate of fluid in the vicinity of the central axis A is greater than the peripheral volume flow rate and this from any speed profile.
  • the shape of the main part concentrates the speed profile in the central zone in the vicinity of the axis A maintaining the rate of turbulence in the vicinity of the central axis of the order of 4%.
  • the fluid crosses the main part and acquires, as it passes, velocity components perpendicular to the wall crossed, which achieves the desired effect at a distance downstream of the rectifier which depends on the geometric parameters of the main part such as the curvature of the surface and the inclination of a generator with respect to the axis A.
  • the main part 16 is truncated.
  • the end therefore has an opening 15 whose diameter d is at most 30% of the diameter D of the pipe 13.
  • the main part 16 is truncated and closed by a circular plate 18 whose diameter d is at most equal to 30% of the diameter D of the pipe. 13.
  • the choice of the diameter d is made according to the desired speed profile: the larger the diameter d, the more the profile will be flattened.
  • the base of the main part 16 is surrounded by a crown 20 pierced with holes.
  • the crown 20 can have a width I included in a range from 0 D to 1/3 D. It allows to increase the efficiency of the rectifier in the vicinity of walls: The pressure drop is sharp and therefore the fluid speed is decreased.
  • FIGS. 5A and 5B respectively show in section and in perspective an advantageous embodiment because it is simple to carry out.
  • the main part 16 of the rectifier has the shape of a cone.
  • the angle a that a cone generator makes with the central axis A is in a range from 10 ° to 40 ° and can for example be equal to 20 °.
  • the longitudinal extension of the cone is equal to ⁇ 1.4 D, the circular base of the cone having a diameter equal to D.
  • the void rate of the holey plate forming the cone can be 40%.
  • the cone shape of FIG. 5A can be associated with the variants of FIGS.
  • the cone can be truncated, and possibly closed at its end by a flat plate with holes or the base circular of the cone may have a diameter less than D, the cone being integral with a perforated peripheral crown.
  • a flow rectifier according to the invention in one or other of its variant embodiments finds an advantageous application in an expansion and counting station and in particular when the counting means are constituted by a turbine meter.
  • FIG. 6 schematically represents an expansion and counting station.
  • a station is made up of a set of elements connected together by pipes in configurations which depend on the intended use.
  • the station is constituted by the following succession of elements given in the direction of circulation of the fluid: an electrical insulating joint 30, a first valve 32, a filter 34, the regulator 36, the flow rectifier 10, the counter 38, and a second valve 40.
  • the flow rectifier 10 is a cone. In this particular configuration, the rectifier is arranged in a direction perpendicular to the direction of arrival of the flow. The rectifier is placed in the immediate vicinity of the counter 38, that is to say at a distance of less than 0.5 D.
  • Such a configuration makes it possible to reduce the size of the station since the rectification takes place directly downstream of the rectifier 10 and not after the fluid has traveled a distance of a few D.
  • the combination of a rectifier as described above and a counter, for example with a turbine makes it possible to obtain an accuracy of 0 to 0.5% on the counting.

Description

La présente invention a pour objet un redresseur de flux. Elle s'applique notamment à un conditionnement de flux de fluide avant le comptage de ce flux. Elle trouve une application particulièrement avantageuse dans un poste de détente et de comptage.
On connait différents types de redresseurs. Le plus simple d'entre eux est formé par une plaque plane adaptée aux dimensions de la canalisation dans laquelle circule le fluide et percée de trous permettant l'écoulement.
En variante, cette plaque peut être percée d'un orifice central de plus grand diamètre que les trous et ne modifiant pas le profil de vitesse aux abords de l'axe d'écoulement.
Dans une autre variante connue, le redresseur est composé d'une première plaque percée de trous. Cette première plaque possède un diamètre inférieur à celui de la canalisation pour laquelle le redresseur est conçu. La première plaque est rattachée par un cylindre à une couronne ayant un diamètre extérieur égal au diamètre de la canalisation pour laquelle le redresseur est conçu. Cette couronne est percée de trous de la même manière que la première plaque.
On connait aussi un autre type de redresseur dit "en nid d'abeille" composé de polygones jointifs placés longitudinalement dans la canalisation. La longueur de ces polygones n'est pas obligatoirement identique pour tous les polygones du redresseur. Le choix des différentes longueurs des polygones et de leur distribution permet d'obtenir le profil de vitesse désiré.
Tous ces dispositifs connus présentent des inconvénients. Le principal de ces inconvénients consiste dans le fait que le profil de vitesse n'est redressé qu'au bout d'une distance qui peut être de quelques D, où D est le diamètre de la canalisation d'accueil. Ceci implique une augmentation d'encombrement, ce qui est particulièrement génant quand le redressement doit avoir lieu dans un poste de détente.
En effet, un poste de détente est composé d'un grand nombre d'éléments (filtres, chambre de détente, vannes de contrôle, compteur...). Pour des raisons pratiques, on recherche à en diminuer l'encombrement total.
De plus, dans le cas d'un redresseur en nid d'abeille, le redresseur lui même peut présenter une longeur de quelques D, ce qui ajoute encore à l'encombrement de l'ensemble.
Un autre inconvénient majeur est constitué par le fait que les compteurs placés dans les postes de détente et situés en aval des redresseurs de l'art antérieur perdent leur précision. C'est ainsi que la précision d'un compteur usuel dans un poste de détente sans redresseur est diminuée d'environ 4%; avec un redresseur de l'art antérieur placé en aval, la précision est diminuée d'environ 1%. Cette perte de précision dépend de paramètres comme calibre du compteur et le débit.
On connait le brevet français FR 2 260 706 qui décrit un collecteur de jet comportant une embase sur laquelle sont montés des écrans poreux dont l'angle d'inclinaison avec la direction d'écoulement du fluide décroit d'amont en aval, l'écoulement du fluide étant dévié vers les parois de la canalisation dans laquelle le collecteur est installé.
Toutefois, un tel dispositif ne permet pas de pallier les inconvénients visés ci-dessus.
La présente invention pallie ces inconvénients. D'une part, l'encombrement du dispositif est réduit car le redressement du profil de vitesse peut être obtenu directement après le passage du fluide par le redresseur et d'autre part, on a constaté que la précision de mesure des compteurs, notamment mais pas uniquement des compteurs à turbine, est améliorée par rapport à la situation antérieure.
Un redresseur de flux conforme à l'invention présente aussi l'avantage de pouvoir fonctionner avec le même efficacité quelle que soit la direction d'arrivée du fluide.
En d'autres termes, le redresseur de flux conforme à l'invention peut aussi bien être placé dans une canalisation droite qu'à la sortie d'un coude.
De manière plus précise, la présente invention concerne un redresseur de flux comprenant une partie principale destinée à être placée vers l'amont, cette partie possédant une surface à symétrie de révolution autour d'un axe central, selon la revendication 1.
La partie principale peut-être tronquée. En variante, la partie principale tronquée possède une extrémité fermée par une plaque circulaire percée de trous.
Selon un arrangement particulier, la partie principale est entourée d'une couronne percée de trous.
De manière avantageuse, la partie principale possède une extension longitudinale comprise dans une gamme allant de 0,6 D à 2,8 D, D étant le plus grand diamètre du redresseur.
De manière préférée, la partie principale est en forme de cône.
Dans cette réalisation préférée, selon un arrangement particulier, le cône possède une base circulaire de diamètre adapté au diamètre d'une conduite dans laquelle le redresseur est destiné à être monté.
Avantageusement, le cône possède une génératrice faisant avec l'axe centrale un angle compris dans une gamme allant de 10° à 40°.
Préférentiellement, un redresseur de flux selon l'invention possède un taux de vide compris dans une gamme allant de 30% à 50%.
La présente invention concerne aussi un poste de détente et de comptage comprenant un redresseur de flux conforme à au moins une des caractéristiques précédemment exposées, le redresseur étant monté en amont et à proximité immédiate des moyens de comptage.
L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui suit, donnée à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels:
  • les figures 1A et 1B représentent respectivement une vue en coupe et en perspective d'un mode de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention;
  • les figures 2A et 2B représentent respectivement une vue en coupe et en perspective d'une variante de réalisation d'un redresseur de flux selon l'invention;
  • les figures 3A et 3B représentent respectivement une vue en coupe et en perspective d'une autre variante de réalisation d'un redresseur de flux selon l'invention;
  • les figures 4A et 4B représentent respectivement une vue en coupe et en perspective d'une autre variante de réalisation d'un redresseur de flux conforme à l'invention;
  • les figures 5A et 5B représentent respectivement une vue en coupe et en perspective d'une autre variante de réalisation d'un redresseur de flux conforme à l'invention;
  • la figure 6 représente schématiquement un poste de détente et de comptage conforme à l'invention.
Sur la figure 1A on peut voir une coupe d'un mode de réalisation d'un redresseur de flux conforme à l'invention.
Cette réalisation est représenté en perspective sur la figure 1B. Le redresseur de flux 10 est fixé entre deux canalisations cylindriques 12, 13 par une couronne de fixation périphérique 14.
Le redresseur 10 possède une partie principale 16 placée vers l'amont. Cette partie principale 16 possède une surface à symétrie de révolution autour de l'axe central A. La surface est engendrée par une courbe à courbure rentrante par rapport à l'axe central A, cette courbe passant par un point fixe sur l'axe central A.
L'extension longitudinale L de la partie principale 16, est par exemple comprise dans une gamme allant de 0,6 D à 2,8 D où D est le diamètre de la conduite 13 et correspond par conséquent au plus grand diamètre du redresseur. Elle peut-être égale à 1,3 D.
Comme on peut le voir sur la figure 1B, le redresseur est percé de trous 17 pour permettre le passage du fluide. Le taux de vide, c'est à dire le pourcentage d'espace vide par rapport à l'espace occupé par de la matière, est par exemple compris dans une gamme allant de 30% à 50%. Le taux de vide peut-être égal à 40%.
Le redresseur 10 peut-être en acier ou en tout autre matériau rigide et compatible avec le fluide.
Comme on le comprend à la vue de la figure 1A, le redresseur de flux permet d'obtenir un profil de vitesse axisymétrique tel que le débit volumique de fluide au voisinage de l'axe central A soit supérieur au débit volumique périphérique et ceci à partir d'un profil de vitesse quelconque.
La forme de la partie principale concentre le profil de vitesse dans la zone centrale au voisinage de l'axe A maintenant le taux de turbulence au voisinage de l'axe central de l'ordre de 4%. Le fluide traverse la partie principale et acquiert au passage des composantes de vitesse perpendiculaires à la paroi traversée, ce qui réalise l'effet recherché à une distance en aval du redresseur qui dépend des paramètres géométriques de la partie principale comme la courbure de la surface et l'inclinaison d'une génératrice par rapport à l'axe A.
Selon une variante de réalisation représentée en coupe sur la figure 2A et en perspective sur la figure 2B, la partie principale 16 est tronquée. L'extrémité présente donc une ouverture 15 dont le diamètre d est égal au maximum à 30% du diamètre D de la conduite 13.
Selon une variante de réalisation représentée en coupe sur la figure 3A et en perspective sur la figure 3B, la partie principale 16 est tronquée et fermée par une plaque circulaire 18 dont le diamètre d est égal au maximum à 30% du diamètre D de la conduite 13. Le choix du diamètre d est effectué en fonction du profil de vitesse désiré: plus le diamètre d sera grand et plus le profil sera applati.
Selon une autre variante de réalisation représentée en coupe sur la figure 4A et en perspective sur la figure 4B, la base de la partie principale 16 est entourée d'une couronne 20 percée de trous. La couronne 20 peut avoir une largeur I comprise dans une gamme allant de 0 D à 1/3 D. Elle permet d'augmenter l'efficacité du redresseur au voisinage des parois: La perte de charge est acérue et par conséquent la vitesse du fluide est diminuée.
Les figures 5A et 5B représentent respectivement en coupe et en perspective un mode de réalisation avantageux parce que simple à réaliser.
Dans cet exemple de réalisation, la partie principale 16 du redresseur possède la forme d'un cône.
L'angle a que fait une génératrice du cône avec l'axe central A est compris dans une gamme allant de 10° à 40° et peut par exemple être égal à 20°. Dans ce cas, l'extension longitudinale du cône est égale à ∼1,4 D, la base circulaire du cône ayant un diamètre égal à D.
On comprend que plus l'angle a sera petit, plus le profil de vitesse sera effilé.
Le taux de vide de la plaque trouée formant le cône peut être de 40%.
Bien entendu, la forme en cône de la figure 5A peut être associée aux variantes des figures 2A, 3A et 4A en d'autres termes, le cône peut être tronqué, et éventuellement fermé en son extrémité par une plaque plane trouée ou encore la base circulaire du cône peut avoir un diamètre inférieur à D, le cône étant solidaire d'une couronne périphérique trouée. Un redresseur de flux conforme à l'invention dans l'une ou l'autre de ses variantes de réalisation trouve une application avantageuse dans un poste de détente et de comptage et notamment lorsque les moyens de comptage sont constitués par un compteur à turbine.
La figure 6 représente schématiquement un poste de détente et de comptage. Un tel poste est constitué par un ensemble d'éléments raccordés entre eux par des canalisations dans des configurations qui dépendent de l'utilisation envisagée. Sur la figure 6, le poste est constitué par la succession d'éléments suivante donnée dans le sens de circulation du fluide: un joint isolant électrique 30, une première vanne 32, un filtre 34, le détendeur 36, le redressseur de flux 10, le compteur 38, et une seconde vanne 40.
Dans l'exemple illustré sur la figure 6, le redresseur de flux 10 est un cône Dans cette configuration particulière, le redresseur est disposé selon une direction perpendicualire à la direction d'arrivée du flux.
Le redresseur est placé à proximité immédiate du compteur 38, c'est à dire à une distance inférieure à 0,5 D.
Une telle configuration permet de diminuer l'encombrement du poste puisque le redressement a lieu directement en aval du redresseur 10 et non après que le fluide ait parcouru une distance de quelques D. D'autre part, la combinaison d'un redresseur tel que décrit ci-dessus et d'un compteur, par exemple à turbine, permet d'obtenir une précision de 0 à 0,5% sur le comptage.

Claims (10)

  1. Redresseur de flux, percé de trous (17) et comprenant une partie principale (16) destinée à être placée vers l'amont, cette partie (16) possédant une surface à symétrie de révolution autour d'un axe central (A), caractérisé en ce que ladite surface est engendrée par une courbe faisant, dans un plan contenant ledit axe central, un angle (a) avec cet axe central, et en se déplaçant de l'amont vers l'aval ledit angle (a) augmentant ou restant constant, la courbe devenant alors une droite.
  2. Redresseur de flux selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie principale (16) est tronquée.
  3. Redresseur de flux selon revendication 2, caractérisé en ce que la partie principale (16) possède une extrémité fermée par une plaque circulaire (18) percée de trous (17).
  4. Redresseur de flux selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie principale (16) est entourée d'une couronne (20) percée de trous (17).
  5. Redresseur de flux selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie principale (16) possède une extension longitudinale (L) comprise dans une gamme allant de 0,6 D à 2,8 D, D étant le plus grand diamètre du redresseur.
  6. Redresseur de flux selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite partie principale (16) est en forme de cône.
  7. Redresseur de flux selon la revendication 6, caractérisé en ce que le cône possède une base circulaire de diamètre adapté au diamètre d'une conduite sur laquelle le redresseur est destiné à être monté.
  8. Redresseur de flux selon la revendication 6, caractérisé en ce que le cône possède une génératrice faisant avec l'axe centrale (A) un angle a compris dans une gamme allant de 10° à 40°
  9. Redresseur de flux selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il possède un taux de vide compris dans une gamme allant de 30% à 50%.
  10. Poste de détente et de comptage caractérisé en ce qu'il comprend un redresseur de flux conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9 monté en amont et à proximité immédiate des moyens de comptage (38).
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FR9209509 1992-07-29

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CH289617A (de) * 1951-04-25 1953-03-31 Neuschwander Paul Strahlregler mit Filter.
GB1490188A (en) * 1974-02-07 1977-10-26 Secr Defence Jet catchers

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