FR2508634A1

FR2508634A1 - FLOW METER

Info

Publication number: FR2508634A1
Application number: FR8207611A
Authority: FR
Inventors: Jurgen Bohm
Original assignee: Bopp and Reuther GmbH
Current assignee: Bopp and Reuther GmbH
Priority date: 1981-06-27
Filing date: 1982-04-29
Publication date: 1982-12-31
Also published as: IT8220721A0; GB2102953A; DE3125381A1; GB2102953B; FR2508634B3; NL8201316A; DE3125381C2; IT1190771B

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN DEBITMETRE QUI COMPREND UN CORPS GENERATEUR DE TOURBILLONS PLACE DANS LE TUYAU, TRANSVERSALEMENT A LA DIRECTION DE DEPLACEMENT DU FLUIDE POUR OPPOSER UNE RESISTANCE A L'ECOULEMENT DE CE DERNIER, ET PRESENTANT UN PROFIL DONT LA SECTION SE COMPOSE DE SURFACES GEOMETRIQUES INDIVIDUELLES DIFFERENTES. CE DEBITMETRE DANS LEQUEL LA FREQUENCE DES TOURBILLONS DE KARMAN PRODUITS EST MESUREE PAR UN DISPOSITIF DE DETECTION, SE CARACTERISE EN CE QUE LE PROFIL DU CORPS GENERATEUR DE TOURBILLONS 1 SE COMPOSE D'UNE SECTION RECTANGULAIRE 3 A LAQUELLE SE RACCORDE EN AVAL, EN CONSIDERANT LA DIRECTION DE L'ECOULEMENT DU FLUIDE, UNE SECTION TRAPEZOIDALE 4 S'EFFILANT DANS LADITE DIRECTION D'ECOULEMENT ET FORMANT UN GRADIN 6, 7 AVEC LA SECTION RECTANGULAIRE, ET EN CE QUE LE RAPPORT DE L'EPAISSEUR D DE LA SECTION RECTANGULAIRE 3 SUR SA HAUTEUR H EST COMPRIS ENTRE 0,3 ET 0,6, TANDIS QUE LE RAPPORT DE LA HAUTEUR DH DE CELLE DES FACES FRONTALES 5 DE LA SECTION TRAPEZOIDALE 4 QUI EST RACCORDEE A LA SECTION RECTANGULAIRE SUR LA HAUTEUR H DE LA SECTION RECTANGULAIRE 3 EST D'ENVIRON 34.THE PRESENT INVENTION CONCERNS A FLOWMETER WHICH INCLUDES A VIRTUAL-GENERATING BODY PLACED IN THE PIPE, transversely TO THE DIRECTION OF MOVEMENT OF THE FLUID TO OPPOSE A RESISTANCE TO THE FLOW OF THE LATTER, AND PRESENTING A PROFILE WHOSE SECTION CONSISTS OF SURFACES DIFFERENT INDIVIDUALS. THIS FLOW METER IN WHICH THE FREQUENCY OF THE KARMAN VIRGINS PRODUCED IS MEASURED BY A DETECTION DEVICE, IS CHARACTERIZED IN THAT THE PROFILE OF THE VIRTUOR-GENERATING BODY 1 CONSISTS OF A RECTANGULAR SECTION 3 TO WHICH IS CONNECTED DOWNSTREAM, CONSIDERING THE DIRECTION OF FLUID FLOW, A TRAPEZOIDAL SECTION 4 TAPERING IN THE SAID FLOW DIRECTION AND FORMING A GRADIN 6, 7 WITH THE RECTANGULAR SECTION, AND IN THAT THE RATIO OF THE THICKNESS D OF THE RECTANGULAR SECTION 3 ON ITS HEIGHT H IS BETWEEN 0.3 AND 0.6, WHILE THE RATIO OF THE HEIGHT DH OF THAT OF THE FRONT FACES 5 OF TRAPEZOIDAL SECTION 4 WHICH IS CONNECTED TO THE RECTANGULAR SECTION ON THE HEIGHT H OF RECTANGULAR SECTION 3 IS OF APPROXIMATELY 34.

Description

La présente invention se rapporte à un débitmètre qui comprend un corpsThe present invention relates to a flow meter that includes a body

générateur de tourbillons placé dans le tuyau ou le conduit, transversalement à la direction de déplacement vortex generator placed in the pipe or duct, transversely to the direction of travel

du fluide pour opposer une résistance à l'écoulement de celui- fluid to oppose a resistance to the flow of this

ci, et présentant un profil dont la section se compose, de sur- faces géométriques individuelles différentes, et dans lequel la fréquence des tourbillons de Karman produits est mesurée par un ci, and having a profile whose section is composed, of different individual geometrical surfaces, and in which the frequency of the Karman vortices produced is measured by a

dispositif de détection.detection device.

Dans les débitmêtres du type compteurs de tourbillons, il In the flow meters of the type of vortex counters, it

est connu d'utiliser, pour assurer le décollement des tourbil- is known to use, to ensure the separation of turbidity

lons de Karman des corps formant obstacles qui ont une section circulaire, triangulaire, rectangulaire, trapézoïdale ou une autre section géométrique analogue Or, on a constaté que le Karman lions of obstacle-forming bodies which have a circular, triangular, rectangular, trapezoidal or other similar geometrical section.

décollement de ces tourbillons et, partant, la courbe de cor- detachment of these vortices and, consequently, the cor-

rection d'un tel compteur de tourbillons pouvait être influencé such a vortex counter could be influenced

par la forme géométrique de la section du corps utilisé Toute- by the geometric shape of the body section used any-

fois, jusqu'à présent, il n'a pas été possible avec les profils times, so far it has not been possible with profiles

connus de ces corps d'obtenir une courbe d'erreur ou de correc- known from these bodies to obtain an error or correction curve.

tion ayant une linéarité suffisante pour des mesures de préci- with sufficient linearity for precision measurements.

sion En particulier, dans le domaine des faibles nombres de In particular, in the field of low numbers of

Reynolds on constate une montée relativement précoce de la cour- Reynolds there is a relatively early rise in

be d'erreur.be wrong.

Il existe également des compteurs de tourbillons compor- There are also eddy counters

tant des corps formant obstacles dont la section du profil se compose d'une combinaison de plusieurs surfaces géométriques individuelles différentes C'est ainsi, par exemple, que la demande de brevet allemand no 2 458 901 décrit un corps formant obstacle qui présente, du côté amont, une surface trapézoïdale à laquelle fait suite, en considérant le sens de l'écoulement, both obstacle forming bodies whose section of the profile consists of a combination of several different individual geometric surfaces Thus, for example, German Patent Application No. 2,458,901 discloses an obstacle body which has, on the upstream, a trapezoidal surface to which follows, considering the direction of flow,

une surface rectangulaire Or, la courbe d'erreurs correspon- a rectangular surface Or, the corresponding error curve

dant à ce corps présente, dans le domaine des nombres de Reynolds to this present body, in the domain of Reynolds numbers

moyens une courbure excessive, de sorte que ce corps ainsi pro- means an excessive curvature, so that this body

filé ne permet pas lui non plus d'effectuer des mesures très précises Il en est de même des autres corps formant obstacles connus composés de plusieurs surfaces individvolles différentes, spun does not allow him to make very precise measurements. The same is true of other known obstacle bodies composed of several different individual surfaces,

dont le profil ne permet également pas une precision suffisante. whose profile also does not allow sufficient precision.

La présente invention s'est fixé pour but, avec une faible The present invention has set itself the goal, with a low

absorption d'énergie d'écoulement, d'obtenir sur toute l'éten- absorption of flow energy, to obtain over the entire

due du domaine de mesure, en particulier, aussi au voisinage de la limite inférieure de ce domaine, une courbe caractéristique due to the measurement domain, in particular, also in the vicinity of the lower limit of this domain, a characteristic curve

d'erreurs le plus possible horizontaledans le compteur de tour- as many horizontal errors as possible in the lap counter

billons.ridges.

Selon l'invention, la solution est apportée à ce problè- According to the invention, the solution is brought to this problem.

me par le débitmètrè du type spécifié en préambule, qui se ca- by the flowmeter of the type specified in the preamble, which is

ractérise en ce que le profil du corps générateur de tourbil- characterizes in that the profile of the body generating turbulence

lons se compose d'une section rectangulaire à laquelle se rac- lons consists of a rectangular section to which

corde en aval, en considérant la direction de l'écoulement du fluide, une section trapézoïdale s'effilant dansladite direction rope downstream, considering the direction of flow of the fluid, a trapezoidal section tapering in the said direction

d'écoulement et formant un gradin avec cette section rectangulai- flow and forming a step with this rectangular section

re, et en ce que le rapport de l'épaisseur de la section rectan- re, and that the ratio of the thickness of the rectangular section

gulaire sur sa hauteur est compris entre 0,3 et 0,6, tandis que gular on its height is between 0.3 and 0.6, while

le rapport de la hauteur de celle des faces frontales de la sec- the ratio of the height of that of the front faces of the

tion trapézoïdale qui est raccordée à la section rectangulaire trapezoidal connection which is connected to the rectangular section

sur la hauteur de la section rectangulaire est d'environ 3/4. on the height of the rectangular section is about 3/4.

L'invention est basé sur la découverte qu'un corps de forme rectangulaire ne prélève de l'écoulement, comparativement The invention is based on the discovery that a rectangular shaped body does not draw from the flow, compared with

à des corps ayant des arêtes de décollement plus vives, relati- to bodies with more pronounced detachment edges, relatively

vement peu d'énergie du courant de fluide, tout en provoquant un décollement tourbillonnaire suffisamment défini Toutefois, on a également constaté, qu'un tel corps purement rectangulaire présente un nombre de Strouhal qui est fortement dépendant de la direction d'impact ou d'afflux du fluide On modifie cette direction d'afflux en faisant varier le point d'arrêt sur la However, it has also been found that such a purely rectangular body has a Strouhal number which is strongly dependent on the direction of impact or on the direction of impact. influx of fluid This influx direction is modified by varying the stopping point on the

surface amont du corps, mais dans ce cas, l'afflux oblique va- upstream surface of the body but in this case the oblique inflow goes

rie avec le nombre de Reynolds car les lignes d'écoulement pré- Reynolds number because the flow lines pre-

sentent, en amont du corps, lorsque les nombres de Reynolds va- feel, upstream of the body, when the Reynolds numbers are

rient, des courburesqui sont également variables. laugh, curvatures that are also variable.

Pour remédier à l'inconvénient que représente la varia- To overcome the disadvantage of

tion du nombre de Strouhal, on raccorde, à la section rectangu- the number of Strouhal, it is connected to the rectangular section

laire du corps formant obstacle, une section trapézoïdale dont la face frontale accolée à la section rectangulaire est plus étroite que la hauteur du rectangle> de sorte que l'on obtient the body forming the obstacle, a trapezoidal section whose frontal face contiguous to the rectangular section is narrower than the height of the rectangle> so that one obtains

aux deux points de transition un décrochement nettement marqué. at the two transition points, a clearly marked step.

Cette section trapézoïdale particulière a pour effet de diminuer considérablement la dépendance de la variation du nombre de Strouhal de la direction d'arrivée du fluide et, partant, du This particular trapezoidal section has the effect of considerably reducing the dependence of the variation of the Strouhal number of the direction of arrival of the fluid and hence of the

nombre de Reynolds de celui-ci.Reynolds number of it.

La discontinuité entre la section rectangulaire et la sec- The discontinuity between the rectangular section and the

tion trapézoïdale du corps formant obstacle a, en premier lieu, pour effet d'augmenter le volume de fluide mis en mouvement par les tourbillons, tandis que la surface inclinée de la section trapézoïdale réduit progressivement l'obturation de la section trapezoidal action of the obstacle body has, firstly, the effect of increasing the volume of fluid set in motion by the vortices, while the inclined surface of the trapezoidal section progressively reduces the closure of the section

libre du conduit, ce qui assure une certaine retenue de l'écou- duct, which ensures a certain amount of restraint on the

lement sous l'effet des tourbillons, pendant le temps du pas- under the influence of whirlpools, during the time of

sage de la section trapézoïdale Par cet effet de "retenue", la courbure des lignes d'écoulement du fluide est maintenue, en wise of the trapezoidal section By this "holding" effect, the curvature of the flow lines of the fluid is maintained, in

amont du corps, à une valeur plus faible et aussi approximative- upstream of the body, at a lower value and also approximately

ment constante Cette section trapézoïdale a également pour ef- This trapezoidal section also has the effect of

fet d'éviter que les tourbillons qui se décollent alternative- avoid the alternating swirls

ment du corps ne puissent se gêner mutuellement. the body can not interfere with each other.

Le fait d'adopter pour l'épaisseur d de la section rec- Adopting for the thickness d of the recom-

tangulaire un rapport sur sa hauteur H compris entre 0,3 et 0,6 tangular a ratio on its height H between 0.3 and 0.6

a pour effet d'assurer que le côté relativement long de la sec- has the effect of ensuring that the relatively long side of the

tion rectangulaire ne prélàve que relativement peu d'énergie du tourbillon pendant sa formation De plus, la coopération de la Rectangular energy takes only relatively little energy from the vortex during its formation. In addition, the cooperation of the

section rectangulaire et de la section trapézoïdale, c'est à di- rectangular section and the trapezoidal section, it is

re, la réduction des variations du nombre de Strouhal par sui- re, reducing variations in the number of Strouhal by

te du prolongement de l'effet de retenue par le trapèze, permet d'allonger la partie horizontalede la courbe d'erreurs avec un the extension of the retaining effect by the trapezium, allows to extend the horizontal part of the error curve with a

minimum de consommation d'énergie d'écoulement On a en particu- minimum flow energy consumption.

lier constaté dans le domaine des faibles nombres de Reynolds, une extension remarquable de la-région linéaire de la courbe d'erreurs. bind found in the field of low Reynolds numbers, a remarkable extension of the linear-region of the error curve.

Selon un développement de l'invention, les deux côtés in- According to a development of the invention, both sides

clinés de la section trapézoïdale présentent un même angle d'in- of the trapezoidal section have the same angle of

clinaison d del O à 25- par rapport à l'axe du tuyau et la longueur de la section trapézo dale représente, dans la direction de bending d del O at 25- with respect to the axis of the pipe and the length of the trapezoidal section dale represents, in the direction of

l'écoulement, de 0,5 à 0,7 fois la longueur totale du corps for- the flow, from 0.5 to 0.7 times the total length of the body

mant obstacle Avec une section trapézoïdale ayant une telle forme, on obtient, grâce à la réduction notable des pertes dues obstacle With a trapezoidal section having such a shape, we obtain, thanks to the significant reduction of losses due to

aux tourbillons, une courbe d'erreurs ayant une allure optimale. vortices, an error curve with an optimal appearance.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention Other features and advantages of the invention

ressortiront de la description qui va suivre, faite sans aucun will emerge from the description which follows, made without any

caractère limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un tuyau limiting character, with reference to the accompanying drawing, in which Figure 1 is a cross-sectional view of a pipe

renfermant un compteur de tourbillons pourvu d'un élément géné- containing a vortex counter with a generic element

rateur de tourbillons conforme à l'invention; et, vortex generator according to the invention; and,

la figure 2 est une vue en coupe effectuée suivant la li- FIG. 2 is a sectional view taken along the line

gne II-II de la figure 1.II-II of Figure 1.

Un corps générateur de tourbillons I est fixé au centre A vortex generator body I is fixed in the center

du tuyau 2 Ce corps s'étend transversalement sur tout le dia- This body extends transversely across the entire diameter

mètre du tuyau 2 et présente un profil, représenté sur la figu- pipe 2 and has a profile, shown in FIG.

re 2, se compose d'une section rectangulaire 3 en amont, en con- re 2, consists of a rectangular section 3 upstream, in con-

sidérant la direction du fluide, à laquelle se raccorde direc- tement une section trapézoïdale aval 4 La face frontale 5 de siderating the direction of the fluid, to which a downstream trapezoidal section 4 is connected directly.

la section trapézoïdale 4, qui est raccordée à la section rec- trapezoidal section 4, which is connected to the recess section

tangulaire 3, a une largeur inférieure à la hauteur H de la sec- 3, has a width less than the height H of the sec-

tion rectangulaire 3, ce qui a pour conséquence de produire des gradins ou, des décrochements 6 et 7 sur le corps 1 Le rapport de l'épaisseur d de la section rectangulaire 3 sur sa hauteur H rectangle 3, which has the effect of producing steps or, recesses 6 and 7 on the body 1 The ratio of the thickness d of the rectangular section 3 on its height H

est compris entre 0,3 et 0,6, tandis que la rapport de la hau- between 0.3 and 0.6, while the ratio of the

teur h de la face frontale 5 de la section trapézoldale 4 adja- h of the front face 5 of the trapezoidal section 4 adja-

cente à la section rectangulaire 3 à la hauteur H de la section at rectangular section 3 at the height H of the section

rectangulaire 3 est d'environ 3/4 En outre, les deux côtés in- rectangular 3 is about 3/4 In addition, both sides in-

clinés 8 et 9 de la section trapézoidale 4 ont un même angle d'inclinaison i de 10 à 250 par rapport à l'axe du tuyau et la longueur 1 de la section trapézoïdale 4 dans la direction du fluide représente de 0, 5 à 0,7 fois la longueur totale L du 8 and 9 of the trapezoidal section 4 have the same angle of inclination i of 10 to 250 with respect to the axis of the pipe and the length 1 of the trapezoidal section 4 in the direction of the fluid represents from 0.5 to 0 , 7 times the total length L of the

du corps 1.of the body 1.

Sur les arêtes 10 et Il du corps 1, décollent alternati- On the edges 10 and 11 of the body 1, take off alternately

vement des tourbillons de Karman 12 et 13 dont la fréquence est fonction de la vitesse d'écoulement du fluide circulant dans le tuyau 2 Au voisinage du corps 1, la paroi du tuyau 2 est percée de deux trous de détection 14 et 15 qui assurent la propagation des fluctuations de pression dues aux tourbillons de Karman 12 et 13 vers un canal de mesure 16 dans lequel est installé un Karman vortices 12 and 13, the frequency of which is a function of the flow velocity of the fluid flowing in the pipe 2. In the vicinity of the body 1, the wall of the pipe 2 is pierced by two detection holes 14 and 15 which provide the propagation of pressure fluctuations due to Karman vortices 12 and 13 to a measuring channel 16 in which a

capteur 17 sensible à la pression ou à la vitesse du fluide. sensor 17 responsive to pressure or fluid velocity.

Ce capteur 17 transmet le signal de mesure, c'est à dire, la fré- This sensor 17 transmits the measurement signal, that is to say, the frequency

quence des tourbillons de Karman 12 et 13 qui se sont détachés du corps 1 à un dispositif électronique d'exploitation, non représenté. the occurrence of Karman vortices 12 and 13 which have detached from the body 1 to an electronic operating device, not shown.

Claims

1 flowmeter which comprises a generator body of

ridges placed in the pipe, transversely to the direction of displacement of the fluid to oppose a resistance to flow

of the latter, and presenting a profile whose section is

of different individual geometrical surfaces, this meter in which the frequency of the Karman vortices

products is measured by a detection device,

in that the profile of the vortex generating body (1) consists of a rectangular section (3) to which is connected downstream,

considering the direction of fluid flow, a

trapezial section (4) tapering in said flow direction and forming a step (6, 7) with the rectangular section, and in that the ratio of the thickness (d) of the rectangular section (3) to

its height (H) is between 0.3 and 0.6, while the

wearing the height (dh) of that of the front faces (5) of the

trapezoidal section (4) which is connected to the rectangular section

on the height (H) of the rectangular section (3) is

about 3/4.

Flowmeter according to Claim 1, characterized in

the two inclined sides (8, 9) of the trapezoidal section

(4) have the same angle of inclination O Cde 10 to 25 by

relative to the axis of the pipe and that the length () of the

trapezoidal movement (4) represents, in the direction of the

from 0.5 to 0.7 times the total length (L) of the general body

vortex maker (1).