FR2714732A1 - Sensor for measuring fluid speed and flow direction inside pipe - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention se rapporte à un dispositif de mesure de certains paramètres caractéristiques de l'écoulement d'un fluide dans une conduite sous pression tels que sa vitesse et sa direction. The present invention relates to a device for measuring certain parameters characteristic of the flow of a fluid in a pressurized pipe such as its speed and its direction.
Classiquement, une telle mesure est effectuée soit à l'aide de sondes de type "pitot" ou à fil chaud soit de dispositifs plus perfectionnés tel que les anémomètres à laser par exemple. Conventionally, such a measurement is carried out either using “pitot” or hot wire type probes or more sophisticated devices such as laser anemometers for example.
La sonde dite "pitot" se présente sous la forme d'un tube creux percé de trous et introduit dans la conduite sous pression au travers d'un système de joint ou de presse-étoupe. Le tube est mobile en translation (en pratique manuellement) et ne permet l'exploration que d'un unique axe diamétral de la conduite pour une mesure locale de la vitesse moyenne du fluide et la détermination de sa direction. The so-called "pitot" probe is in the form of a hollow tube pierced with holes and introduced into the pressurized pipe through a seal system or cable gland. The tube is movable in translation (in practice manually) and only allows the exploration of a single diametral axis of the pipe for a local measurement of the average speed of the fluid and the determination of its direction.
Si l'on désire effectuer une mesure sur d'autres axes diamétraux de cette conduite, il est alors nécessaire de stopper l'écoulement, de démonter le tube, de le replacer sur un nouvel axe diamétral puis de renouveler exactement les conditions d'écoulement de la mesure précédente. n est aisé de comprendre les nombreux inconvénients d'une telle technique. Tout d'abord, la mesure de ces paramètres est particulièrement longue puisqu'en pratique il ne faut pas moins de 2 semaines pour explorer une seule section d'une conduite de 100 mm de diamètre par exemple et ensuite le maintien des mêmes conditions d'écoulement pendant toute la procédure de mesure est particulièrement difficile à respecter.If one wishes to make a measurement on other diametrical axes of this pipe, it is then necessary to stop the flow, to dismantle the tube, to replace it on a new diametral axis then to exactly renew the flow conditions from the previous measurement. It is easy to understand the many drawbacks of such a technique. First of all, the measurement of these parameters is particularly long since in practice it takes no less than 2 weeks to explore a single section of a pipe 100 mm in diameter for example and then the maintenance of the same conditions of flow during the entire measurement procedure is particularly difficult to observe.
La sonde à fil chaud est constituée d'un support recevant un ou plusieurs fils de platine chauffés par le passage d'un courant électrique qui permet d'en maintenir la température constante. La variation du courant traversant ce fil permet de déterminer les composantes de vitesse de l'écoulement. Comme pour la sonde du type précédent, cette sonde ne permet d'effectuer de mesure que sur un seul axe diamétral et elle engendre donc les mêmes inconvénients lorsqu'il est désiré une mesure au niveau d'une section complète de la conduite. En outre, avec un tel type de sonde les fréquentes manipulations, montage et démontage, de la sonde sont autant d'occasions d'en casser les fils dont la fragilité résulte de leurs faibles dimensions, de l'ordre du micromètre. The hot wire probe consists of a support receiving one or more platinum wires heated by the passage of an electric current which keeps the temperature constant. The variation of the current passing through this wire makes it possible to determine the velocity components of the flow. As with the probe of the previous type, this probe only makes it possible to carry out measurement on a single diametral axis and it therefore generates the same drawbacks when a measurement is desired at a complete section of the pipe. In addition, with such a type of probe, the frequent handling, assembly and disassembly of the probe are as many opportunities to break the wires, the fragility of which results from their small dimensions, of the order of a micrometer.
Le problème posé par l'interruption de l'écoulement est résolu par l'emploi d'un anémomètre à laser, dispositif formé de deux têtes laser et de leur photomultiplicateur associé disposées de part et d'autre de la conduite et qui émettent chacune un faisceau laser au travers de l'écoulement qui est parcouru de particules, naturelles ou introduites, dont la vitesse de déplacement est alors mesurée. Bien évidemment, une telle technique suppose l'utilisation de parois planes transparentes au flux lumineux des faisceaux laser et dont l'épaisseur doit être d'autant plus importante que la pression régnant dans la conduite est élevée. The problem posed by the interruption of the flow is resolved by the use of a laser anemometer, a device formed by two laser heads and their associated photomultiplier arranged on either side of the pipe and which each emit a laser beam through the flow which is traversed by particles, natural or introduced, whose speed of movement is then measured. Obviously, such a technique supposes the use of flat walls transparent to the light flux of the laser beams and the thickness of which must be all the greater as the pressure prevailing in the pipe is high.
Cette grande épaisseur a pour inconvénient d'entraîner alors des variations d'indice dans la paroi qui doivent impérativement être compensées pour obtenir des mesures correctes. D'où la nécessité d'une instrumentation complexe dont il est, comme avec les sondes décrites précédemment, guère aisé d'assurer le déplacement autour de la conduite.This great thickness has the drawback of then causing index variations in the wall which must imperatively be compensated for in order to obtain correct measurements. Hence the need for complex instrumentation which it is, as with the probes described above, not easy to ensure movement around the pipe.
La présente invention a pour objet de proposer un dispositif de détermination des paramètres d'écoulement d'un fluide, notamment sa vitesse et sa direction, particulièrement adapté à des conduites parcourues par des fluides sous pression élevée. Un but de l'invention est d'obtenir des mesures cohérentes du fait de la non interruption de l'écoulement du fluide. Un autre but de l'invention est de réaliser ces mesures dans un minimum de temps afin d'avoir la certitude que les conditions de l'écoulement n'ont pas été modifiées durant la période d'expérimentation. The object of the present invention is to propose a device for determining the flow parameters of a fluid, in particular its speed and its direction, particularly suitable for pipes traversed by fluids under high pressure. An object of the invention is to obtain coherent measurements due to the non-interruption of the flow of the fluid. Another object of the invention is to carry out these measurements in a minimum of time in order to have the certainty that the flow conditions have not been modified during the experimental period.
Ces buts sont atteints par un dispositif de mesure des paramètres d'écoulement d'un fluide dans une conduite à l'aide d'un capteur de mesure plongé dans le fluide, ce capteur étant monté sur un manchon intercalé entre une partie amont et une partie aval de la conduite, caractérisé en ce que le capteur est rendu mobile en translation selon un axe diamétral de la conduite par un second ensemble moteur solidaire du manchon et relié à ce capteur par des seconds moyens d'entraînement et en ce que le manchon est rendu mobile autour de son axe par un premier ensemble moteur auquel il est relié au travers de premiers moyens d'entraînement. Les premier et second ensembles moteurs sont constitués par des moteurs pas à pas et le capteur de mesure est avantageusement du type sonde pitot ou sonde à fil chaud. These aims are achieved by a device for measuring the flow parameters of a fluid in a pipe using a measurement sensor immersed in the fluid, this sensor being mounted on a sleeve interposed between an upstream part and a downstream part of the pipe, characterized in that the sensor is made mobile in translation along a diametrical axis of the pipe by a second motor assembly secured to the sleeve and connected to this sensor by second drive means and in that the sleeve is made mobile around its axis by a first motor assembly to which it is connected through first drive means. The first and second motor assemblies are constituted by stepping motors and the measurement sensor is advantageously of the pitot probe or hot wire probe type.
Par cette structure spécifique, les différentes mesures peuvent être réalisées en une seule fois et en un temps limité, ce qui garantit une cohérence temporelle de la mesure. By this specific structure, the different measurements can be carried out at once and in a limited time, which guarantees a temporal consistency of the measurement.
De préférence, les premiers moyens d'entraînement sont constitués par une courroie avantageusement crantée et les seconds moyens d'entrainement sont constitués par un ensemble à vis et crémaillère ou à roue et vis sans fin. Preferably, the first drive means consist of an advantageously toothed belt and the second drive means consist of a screw and rack or wheel and worm gear assembly.
Dans une variante de réalisation, le capteur de mesure traverse de part en part le manchon. In an alternative embodiment, the measurement sensor passes right through the sleeve.
Selon un exemple préférentiel de réalisation de l'invention, le capteur, les ensembles moteurs et leurs moyens d'entraînement associés sont placés dans une enceinte fermée à l'intérieur de laquelle règne une pression de gaz inerte supérieure d'une faible valeur déterminée à la pression régnant dans la conduite. According to a preferred embodiment of the invention, the sensor, the motor assemblies and their associated drive means are placed in a closed enclosure inside which prevails a higher inert gas pressure of a low value determined at the pressure prevailing in the pipe.
Par l'utilisation de cette enceinte, les joints ne sont soumis à aucune contrainte excessive, ce qui permet un recours à des ensembles moteurs de faible puissance. De plus, le gaz inerte contenu dans l'enceinte assure une fonction de sécurité dans le cas où la canalisation contient un gaz inflammable. By the use of this enclosure, the seals are not subjected to excessive stress, which allows the use of low power motor assemblies. In addition, the inert gas contained in the enclosure provides a safety function in the event that the pipeline contains a flammable gas.
De préférence, cette enceinte est montée en deux parties, chacune étant reliée fixement à l'une ou l'autre des parties amont ou aval de la conduite. Le premier ensemble moteur est alors solidarisé à l'enceinte dans laquelle le manchon est mobile en rotation par l'intermédiaire de roulements. Preferably, this enclosure is mounted in two parts, each being fixedly connected to one or the other of the upstream or downstream parts of the pipe. The first motor assembly is then secured to the enclosure in which the sleeve is movable in rotation by means of bearings.
En l'absence de cette enceinte, le premier ensemble moteur peut être isolé dans un capot à l'intérieur duquel règne une surpression d'un gaz inerte. De même, le second ensemble moteur peut aussi être isolé dans une chambre à l'intérieur de laquelle règne une pression de gaz inerte supérieure d'une faible valeur déterminée à la pression atmosphérique, remplissant ainsi la fonction de sécurité en limitant le risque d'explosion dans le cas où la canalisation contient un gaz inflammable. In the absence of this enclosure, the first motor assembly can be isolated in a cover inside which there is an overpressure of an inert gas. Likewise, the second motor assembly can also be isolated in a chamber inside which prevails a higher inert gas pressure of a low value determined at atmospheric pressure, thus fulfilling the safety function by limiting the risk of explosion if the pipeline contains a flammable gas.
Dans les cas où la pression de gaz inerte doit être régulée, une régulation est effectuée en fonction de la pression régnant dans la conduite par l'intermédiaire de circuits de mesure de cette pression ainsi que celle de l'enceinte. In cases where the inert gas pressure must be regulated, regulation is carried out as a function of the pressure prevailing in the pipe by means of circuits for measuring this pressure as well as that of the enclosure.
De préférence, le gaz inerte utilisé est de l'azote. Preferably, the inert gas used is nitrogen.
Selon un second mode de réalisation, le manchon est libre en rotation entre deux brides dont l'écartement est maintenu constant par des tirants fixés à ces brides par des moyens de fixation. L'un de ces tirants est percé d'au moins un passage pour ne pas interdire une mesure selon le ou les axes diamétraux de la conduite interceptant une section du tirant considéré. According to a second embodiment, the sleeve is free to rotate between two flanges, the spacing of which is kept constant by tie rods fixed to these flanges by fixing means. One of these tie rods is pierced with at least one passage so as not to prohibit a measurement along the diametrical axis or axes of the pipe intercepting a section of the tie rod considered.
Dans une variante de réalisation adaptable au premier et au second modes de réalisation précédents, pour permettre une adaptation du dispositif selon l'invention à des conduites d'axes diamétraux différents, celui-ci est muni d'un manchon interne coulissant intérieurement dans le manchon, maintenu en translation par des bagues d'extrémité et dont le diamètre interne correspond au diamètre interne de la conduite auquel le dispositif de mesure est raccordé. In an alternative embodiment adaptable to the first and second previous embodiments, to allow adaptation of the device according to the invention to pipes of different diametric axes, it is provided with an internal sleeve sliding inside the sleeve , kept in translation by end rings and whose internal diameter corresponds to the internal diameter of the pipe to which the measuring device is connected.
Lorsque le capteur de mesure est placé dans la conduite parallèlement à son axe, le manchon et éventuellement le manchon interne comporte une lumière pour le montage/démontage de ce capteur, un bouchon venant obturer cette lumière pendant la mesure. En outre, en présence de ce manchon interne, le bouchon en s'introduisant dans sa paroi latérale lui interdit toute rotation par rapport au manchon. When the measurement sensor is placed in the pipe parallel to its axis, the sleeve and possibly the internal sleeve includes a light for mounting / dismounting this sensor, a plug closing this light during the measurement. In addition, in the presence of this internal sleeve, the plug by being introduced into its side wall prevents it from rotating relative to the sleeve.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description suivante, faite à titre indicatif et non limitatif, en regard des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 montre un schéma de principe illustrant de manière simplifiée un mode préférentiel de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale du dispositif de la figure 1, - la figure 3 illustre sous une forme de diagramme une régulation de pression pouvant exister au niveau de l'enceinte de la figure 2, - la figure 4 montre un schéma de principe illustrant de manière simplifiée un second mode de réalisation de l'invention, - la figure 5 est une vue en coupe longitudinale du dispositif de la figure 4, et - la figure 6 est une vue en coupe simplifiée d'une bride de la figure 5. Other characteristics and advantages of the present invention will emerge more clearly from the following description, given by way of non-limiting illustration, with reference to the appended drawings, in which: - Figure 1 shows a block diagram illustrating in a simplified manner a preferred mode embodiment of the invention, - Figure 2 is a longitudinal sectional view of the device of Figure 1, - Figure 3 illustrates in diagram form a pressure regulation may exist at the enclosure of Figure 2 , - Figure 4 shows a block diagram illustrating in a simplified manner a second embodiment of the invention, - Figure 5 is a longitudinal sectional view of the device of Figure 4, and - Figure 6 is a view in simplified section of a flange of figure 5.
Les figures 1 et 2 montrent respectivement par un schéma de principe et par une vue en coupe longitudinale un exemple préférentiel de réalisation d'un dispositif de mesure des paramètres d'écoulement d'un fluide dans une conduite sous pression. Figures 1 and 2 show respectively by a block diagram and a longitudinal sectional view a preferred embodiment of a device for measuring the flow parameters of a fluid in a pressure pipe.
Le dispositif qui prend place au niveau d'une portion d'une conduite à laquelle il se substitue comporte un manchon instrumenté 1 mobile en rotation dans une enceinte fermée 2 aux deux extrémités de laquelle sont raccordées des parties amont 3 et aval 4 de la conduite. L'étanchéité entre l'enceinte et ces parties amont et aval de la conduite est assurée par des éléments d'étanchéité amont et aval 5 et 6. Le manchon 1 est un tube s'intercalant entre les parties amont et aval de la conduite et sur lequel est monté l'instrumentation de mesure des caractéristiques de l'écoulement du fluide circulant dans la conduite. Le tube est mis en rotation autour de son axe longitudinal, qui est aussi celui de la conduite, au moyen d'un premier ensemble moteur 7 solidaire de l'enceinte (par des premiers moyens de fixation 70) et de premiers moyens d'entraînement 8 tels qu'une courroie, une crémaillère, une chaîne ou un cardan par exemple. Cette rotation peut être facilitée par le recours à des paliers 9 par exemple à roulements qui assurent un meilleur centrage du tube par rapport à l'enceinte et à la conduite. L'étanchéité entre le manchon et l'enceinte est assurée par des premiers éléments d'étanchéité 10. L'instrumentation de mesure est constituée d'un capteur 11, par exemple du type sonde pitot ou sonde à fil chaud, traversant la paroi du tube 1 et mobile en translation selon un axe diamétral de ce tube par l'intermédiaire d'un second ensemble moteur 12 solidaire du tube (par des seconds moyens de fixation 120) et de second moyens d'entraînement 13. The device which takes place at a portion of a pipe which it replaces comprises an instrumented sleeve 1 movable in rotation in a closed enclosure 2 at the two ends of which are connected upstream 3 and downstream 4 parts of the pipe . The seal between the enclosure and these upstream and downstream parts of the pipe is ensured by upstream and downstream sealing elements 5 and 6. The sleeve 1 is a tube interposed between the upstream and downstream parts of the pipe and on which is mounted the instrumentation for measuring the characteristics of the flow of the fluid circulating in the pipe. The tube is rotated about its longitudinal axis, which is also that of the pipe, by means of a first motor assembly 7 secured to the enclosure (by first fixing means 70) and first drive means 8 such as a belt, a rack, a chain or a universal joint for example. This rotation can be facilitated by the use of bearings 9 for example with bearings which ensure better centering of the tube relative to the enclosure and to the pipe. The seal between the sleeve and the enclosure is provided by first sealing elements 10. The measurement instrumentation consists of a sensor 11, for example of the pitot probe or hot wire probe type, passing through the wall of the tube 1 and movable in translation along a diametrical axis of this tube by means of a second motor assembly 12 secured to the tube (by second fixing means 120) and second drive means 13.
Avantageusement, ces seconds moyens d'entraînement peuvent simplement consister en un chariot 14 se déplaçant le long d'une vis micrométrique 15.Advantageously, these second drive means can simply consist of a carriage 14 moving along a micrometric screw 15.
L'étanchéité entre le capteur et l'enceinte est garantie par des seconds éléments d'étanchéité 16.The seal between the sensor and the enclosure is guaranteed by second sealing elements 16.
L'enceinte fermée 2 qui recouvre le manchon de mesure 1 est montée en deux parties, une première partie 20 en forme de bol et une seconde partie 21 en forme de couvercle venant recouvrir le bol, reliées entres elles par des moyens de liaison 22 , chaque partie étant fixée à l'une des parties amont ou aval de la conduite par des moyens de fixation amont 23 ou aval 24. Le manchon 1 est aligné par rapport à l'enceinte 2 au moyen d'épaulements 25 et 26 pratiqués dans chacune des parties 20 et 21. Pour des considérations pratiques de fabrication, nécessitées par les pressions élevées mise en jeu, cette enceinte est en réalité constituée de plusieurs éléments soudés et reliés par des éléments vissés. Ainsi, la liaison avec les parties de conduite amont et aval est soudée en 27 et 28 à des parties d'extrémité 29 et 30 reliées par deux séries d'éléments vissés 31 et 32 respectivement à la première partie formant bol 20 et à la seconde partie formant couvercle 21. De même, pour faciliter le montage du dispositif selon l'invention, la liaison entre le manchon et le bol est réalisée au travers d'un tube de liaison 33 prolongeant le manchon et assurant l'alignement de celui-ci avec la conduite. Bien évidemment, un chemin de passage étanche des câbles 34 pour l'alimentation des ensembles moteurs est prévu au niveau de l'enceinte 2. The closed enclosure 2 which covers the measuring sleeve 1 is mounted in two parts, a first part 20 in the form of a bowl and a second part 21 in the form of a cover covering the bowl, connected together by connecting means 22, each part being fixed to one of the upstream or downstream parts of the pipe by upstream 23 or downstream 24 fixing means. The sleeve 1 is aligned with respect to the enclosure 2 by means of shoulders 25 and 26 formed in each parts 20 and 21. For practical manufacturing considerations, necessitated by the high pressures involved, this enclosure is actually made up of several welded elements and connected by screw elements. Thus, the connection with the upstream and downstream pipe parts is welded at 27 and 28 to end parts 29 and 30 connected by two series of screw elements 31 and 32 respectively to the first bowl part 20 and to the second cover forming part 21. Similarly, to facilitate the mounting of the device according to the invention, the connection between the sleeve and the bowl is carried out through a connecting tube 33 extending the sleeve and ensuring the alignment thereof with driving. Obviously, a sealed passageway for the cables 34 for supplying the motor assemblies is provided at the level of the enclosure 2.
Le fonctionnement d'un tel dispositif se déduit aisément de sa structure. The operation of such a device is easily deduced from its structure.
L'ensemble moteur 12, de préférence un moteur de type pas à pas, permet d'assurer un déplacement radial du capteur 1 1 et ainsi d'autoriser une mesure en continu (au pas du moteur près) des caractéristiques de l'écoulement en vitesse et direction selon un axe diamétral déterminé. Une fois un premier axe diamétral exploré,
L'ensemble moteur 7, avantageusement un moteur pas à pas, permet au travers des moyens d'entraînement 8 une rotation du manchon d'un pas déterminé et en conséquence une nouvelle série de mesure selon le nouvel axe diamétral ainsi défini par un nouveau déplacement de l'ensemble moteur 12. Cette procédure de mesure peut ensuite se répéter jusqu'à exploration totale d'une section complète de la conduite. n peut être noté qu'avec le dispositif selon l'invention, le capteur ne subit aucun déplacement autre que radial, ce qui lui évite les risques de détérioration provenant habituellement des fréquentes manipulations manuelles.The motor assembly 12, preferably a stepping type motor, ensures a radial displacement of the sensor 1 1 and thus authorizes a continuous measurement (to the step of the motor) of the characteristics of the flow in speed and direction along a determined diametric axis. Once a first diametric axis has been explored,
The motor assembly 7, advantageously a stepping motor, allows through the drive means 8 a rotation of the sleeve by a determined pitch and consequently a new series of measurements along the new diametrical axis thus defined by a new movement of the engine assembly 12. This measurement procedure can then be repeated until a full section of the pipe has been explored. n can be noted that with the device according to the invention, the sensor does not undergo any movement other than radial, which avoids the risks of deterioration usually originating from frequent manual manipulations.
Par rapport aux méthodes de l'art antérieur, la présente méthode de mesure se caractérise par sa rapidité exceptionnelle (dans un rapport de 1 à 10) et la qualité des résultats affichés du fait de l'absence d'interruption de l'écoulement et de la cohérence temporelle de toutes les mesures, ces mesures étant réalisées en une seule fois et en un temps limité. Compared to the methods of the prior art, the present measurement method is characterized by its exceptional speed (in a ratio of 1 to 10) and the quality of the results displayed due to the absence of flow interruption and the temporal coherence of all the measurements, these measurements being carried out at once and in a limited time.
Afin d'une part de limiter l'effet de fond provenant de l'écoulement du fluide sous pression dans la conduite, lequel effet de fond a tendance à écarter de l'enceinte les parties de conduite amont et aval et d'autre part de prévenir les problèmes d'étanchéité résultant de ce fonctionnement sous pression élevée, sans exercer de contraintes excessives sur les premiers et seconds éléments d'étanchéité ni utiliser des ensembles moteurs de trop forte puissance (donc très encombrants et de ce fait incompatibles avec une utilisation en environnement industriel),
L'enceinte fermée est avantageusement remplie d'un gaz inerte à la pression du fluide circulant dans la conduite (en pratique très légèrement supérieure). La mise en équipression du dispositif selon l'invention permet d'effectuer les mesures dans des conditions de mesure s'apparentant à celles existant à pression atmosphérique, c'est à dire avec un travail normal des éléments d'étanchéité, sans frottements excessifs, et en ayant recours à des moteurs de faible puissance. En outre, cette introduction d'un gaz inerte dans l'enceinte permet de s'affranchir des problèmes de sécurité éventuels pouvant résulter de fuites d'un fluide présentant un risque explosif (par exemple un gaz inflammable). Afin de s'affranchir des éventuelles variations de pression dans la conduite, il peut être avantageux de relier l'enceinte à un système externe assurant une régulation de la pression régnant dans l'enceinte en fonction de la pression dans la conduite. La figure 3 montre schématiquement les principaux éléments d'un tel système. Ce système de mise en pression 40 comporte un premier circuit de mesure 41 de la pression prélevée en amont 42 de l'enceinte 2 qui permet de régler une consigne de pression de gaz inerte 43 en entrée de cette enceinte par rapport à une pression d'alimentation en gaz inerte délivrée en entrée 44 du système de mise en pression, de telle sorte que la pression de consigne soit supérieure d'une valeur déterminée à la pression mesurée. Lorsque la pression du fluide dans la conduite diminue, un second circuit de mesure 45 de la pression prélevée en aval 46 de l'enceinte 2 permet de commander l'ouverture d'une sortie d'échappement à l'atmosphère 47 à travers laquelle le gaz inerte peut s'échapper en sortie 48 de l'enceinte, de telle sorte que l'écart de pression entre la conduite et l'enceinte se maintienne à la valeur déterminée prédéfinie. De préférence, ce gaz inerte est constitué par de l'azote.On the one hand to limit the bottom effect from the flow of pressurized fluid in the pipe, which bottom effect tends to separate the upstream and downstream pipe parts from the enclosure and on the other hand to prevent sealing problems resulting from this operation under high pressure, without exerting excessive stresses on the first and second sealing elements or using overpowered motor assemblies (therefore very bulky and therefore incompatible with use in industrial environment),
The closed enclosure is advantageously filled with an inert gas at the pressure of the fluid flowing in the pipe (in practice very slightly higher). The equipping of the device according to the invention makes it possible to carry out the measurements under measurement conditions similar to those existing at atmospheric pressure, that is to say with normal work of the sealing elements, without excessive friction, and by using low power motors. In addition, this introduction of an inert gas into the enclosure makes it possible to overcome possible safety problems which may result from leakage of a fluid presenting an explosive risk (for example a flammable gas). In order to overcome possible variations in pressure in the pipe, it may be advantageous to connect the enclosure to an external system ensuring regulation of the pressure prevailing in the enclosure as a function of the pressure in the pipe. Figure 3 shows schematically the main elements of such a system. This pressurization system 40 comprises a first measurement circuit 41 of the pressure taken upstream 42 of the enclosure 2 which makes it possible to adjust an inert gas pressure setpoint 43 at the inlet of this enclosure relative to a pressure of supply of inert gas supplied at input 44 of the pressurization system, so that the set pressure is greater by a determined value than the pressure measured. When the pressure of the fluid in the pipe decreases, a second circuit 45 for measuring the pressure taken downstream 46 from the enclosure 2 makes it possible to control the opening of an exhaust outlet to the atmosphere 47 through which the inert gas can escape at outlet 48 of the enclosure, so that the pressure difference between the pipe and the enclosure is maintained at the predefined determined value. Preferably, this inert gas consists of nitrogen.
Les figures 4 et 5 montrent respectivement par un schéma de principe et par une vue en coupe longitudinale un second exemple de réalisation du dispositif selon l'invention plus particulièrement destiné à une utilisation dans le cadre de mesures sur des conduites de grands diamètres, typiquement supérieurs à 150 mm, pour lesquelles le dispositif précédent présenterait alors un poids prohibitif (par exemple une conduite de 300 mm de diamètre sous 60 bars impliquerait la mise en oeuvre d'un dispositif de mesure de 1,2 tonne)
Dans la variante de réalisation proposée, pour laquelle des références identiques se rapportent à des pièces identiques, la présence d'une enceinte fermée (référencée précédemment par 2) est abandonnée. n en résulte des contraintes élevées sur les premiers éléments d'étanchéité 10 qui sont maintenant soumis à une pression différentielle importante sous laquelle ils sont amenés à se déformer. Des frottements naissent alors de cette déformation ce qui nécessite l'emploi d'un ensemble moteur 7 de plus grande puissance. Dans le cas d'une utilisation sous atmosphère dangereuse ou explosive, cet ensemble moteur peut être intégré sous une structure (capot) confinée 49 dans laquelle est introduit un gaz inerte dont la quantité consommée est donc bien moindre que dans la version décrite précédemment. n peut être remarqué que, dans l'exemple illustré, le capteur 11, par exemple une sonde à fil chaud, traverse de part en part le manchon 1,ce qui nécessite la pratique d'au moins une ouverture 530 dans l'un des tirants (dont la fonction sera décrite plus avant) pour ne pas trop limiter l'angle d'exploration du dispositif de mesure (et notamment permettre une ou plusieurs mesures selon le ou les axes diamétraux correspondant à ce tirant). Comme dans l'exemple préférentiel de réalisation précédent, I'étanchéité est assurée par les seconds éléments d'étanchéité 16. Bien évidemment, le recours à l'ensemble d'instrumentation des figures 1 et 2 est tout aussi possible avec cette variante. En ce cas, il peut alors être remédié à l'absence d'enceinte qui provoque des contraintes sur les seconds éléments d'étanchéité 16 en disposant l'ensemble moteur 12 ainsi que ces seconds éléments d'étanchéité dans une chambre (non représentée) maintenue en équipression par un dispositif analogue à celui décrit précédemment et référencé 40. Figures 4 and 5 show respectively by a block diagram and a longitudinal sectional view a second embodiment of the device according to the invention more particularly intended for use in the context of measurements on pipes of large diameters, typically larger at 150 mm, for which the previous device would then have a prohibitive weight (for example a pipe of 300 mm in diameter at 60 bars would imply the use of a measuring device of 1.2 tonnes)
In the proposed alternative embodiment, for which identical references relate to identical parts, the presence of a closed enclosure (previously referenced by 2) is abandoned. This results in high stresses on the first sealing elements 10 which are now subjected to a significant differential pressure under which they are caused to deform. Frictions then arise from this deformation which requires the use of a motor assembly 7 of greater power. In the case of use in a dangerous or explosive atmosphere, this motor assembly can be integrated under a confined structure (cover) 49 into which an inert gas is introduced, the quantity of which is therefore much less than in the version described above. It can be noticed that, in the example illustrated, the sensor 11, for example a hot wire probe, passes right through the sleeve 1, which requires the practice of at least one opening 530 in one of the tie rods (whose function will be described later) so as not to limit the exploration angle of the measuring device too much (and in particular allow one or more measurements according to the diametrical axis or axes corresponding to this tie rod). As in the previous preferred embodiment, the sealing is ensured by the second sealing elements 16. Obviously, the use of the instrumentation assembly of FIGS. 1 and 2 is just as possible with this variant. In this case, it can then be remedied to the absence of enclosure which causes stresses on the second sealing elements 16 by arranging the motor assembly 12 as well as these second sealing elements in a chamber (not shown). maintained in equipression by a device similar to that described above and referenced 40.
Dans cette variante des figures 4 et 5, I'alignement des parties fixes 3 et 4 de la conduite ainsi que du manchon instrumenté 1 est réalisé par deux brides 50 et 51 de forme spécifique (voir figure 6) reliées entres elles par des tiges de rappel ou tirants 52, 53 qui permettent le rattrapage de l'effet de fond tout en assurant un écartement constant entre les deux brides. Ces brides sont fixées aux parties fixes amont 3 et aval 4 par des moyens de fixation 54 et 55. Elles assurent également le centrage du manchon par l'intermédiaire d'épaulements 56 et 57 pratiqués dans chacune des deux brides. In this variant of FIGS. 4 and 5, the alignment of the fixed parts 3 and 4 of the pipe as well as of the instrumented sleeve 1 is produced by two flanges 50 and 51 of specific shape (see FIG. 6) connected together by rods of return or tie rods 52, 53 which allow the catching up of the bottom effect while ensuring a constant spacing between the two flanges. These flanges are fixed to the fixed upstream 3 and downstream 4 parts by fixing means 54 and 55. They also ensure the centering of the sleeve by means of shoulders 56 and 57 formed in each of the two flanges.
La figure 6 est une vue selon la coupe VI-VI (très simplifiée) de la figure 5 d'une bride 50 ou 51 destinée à mieux faire apparaître sa forme spécifique. n peut être notamment observé, autour de son ouverture centrale 60 ayant pour centre O et destinée à recevoir le manchon 1, des orifices 61, 62 et 63 dans lesquels seront maintenus les tirants, deux de ces orifices étant percés à la périphérie de l'ouverture centrale 60 à la manière de deux oreilles et faisant entre eux un angle 64 d'environ 120', le troisième étant percé sur la bisectrice OB des droites OX et OX'passant respectivement par le centre O et par les centres des deux premiers orifices, à une distance de ce centre O déterminée et suffisamment excentrée pour libérer le passage du capteur 11 et augmenter la rigidité de l'ensemble brides-tirants 50, 51, 52, 53.
n est fait de nouveau référence à la figure 5 qui montre dans le détail une variante de réalisation du dispositif de mesure selon l'invention destinée à être mise en oeuvre sur une conduite de diamètre inférieur à celui du manchon d'instrumentation 1. Tout d'abord, il peut être noté que pareillement à l'exemple de réalisation de la figure 2, les parties amont et aval de la conduite 3 et 4 sont soudées à des parties d'extrémité 65, 66 elles mêmes reliées par les liaisons filetées 54, 55 (par vis ou goujons par exemple) aux deux brides 50 et 51. Ensuite, il peut aussi être noté que les moyens d'entraînement 13 sont ici constitués d'un chariot 130 actionné par une vis micrométrique 131 reliée par un manchon d'accouplement 132 à l'arbre de transmission de l'ensemble moteur 12. Le guidage du chariot 130 s'éffectue le long de deux tiges 133, 134 reliant de façon solidaire cet ensemble moteur au manchon. Une lumière 90 pratiquée dans le corps du manchon permet de faciliter l'introduction du capteur 1 1 lorsque celui-ci est placé dans une position horizontale, parallèle à l'axe de la conduite, un bouchon 91 venant ensuite obturer cet orifice. L'adaptation du dispositif selon l'invention est obtenue par l'introduction d'un manchon inteme 100 à l'intérieur du manchon d'instrumentation 1, le maintien transversal de ce manchon interne étant réalisé par des bagues 92 et 93 placées à chacune de ses deux extrémités et dont un épaulement interne assure l'arrêt de ces extrémités, le diamètre externe de ces bagues correspondant au diamètre interne du manchon d'instrumentation 1. En outre, dans le cas d'une utilisation d'un capteur en position horizontale, la lumière précitée traversant également le manchon interne, il en est de même du bouchon 91 qui assure à l'occasion un maintien supplémentaire en rotation de ce manchon interne.Figure 6 is a view along section VI-VI (very simplified) of Figure 5 of a flange 50 or 51 intended to better show its specific shape. n can in particular be observed, around its central opening 60 having for center O and intended to receive the sleeve 1, orifices 61, 62 and 63 in which the tie rods will be maintained, two of these orifices being drilled at the periphery of the central opening 60 in the manner of two ears and forming an angle 64 between them of approximately 120 ', the third being pierced on the bisector OB of the straight lines OX and OX' passing respectively through the center O and through the centers of the first two orifices , at a distance from this center O determined and sufficiently eccentric to free the passage of the sensor 11 and increase the rigidity of the flange-tie rod assembly 50, 51, 52, 53.
Reference is again made to FIG. 5 which shows in detail an alternative embodiment of the measuring device according to the invention intended to be implemented on a pipe with a diameter smaller than that of the instrumentation sleeve 1. All of the 'first, it can be noted that similar to the embodiment of Figure 2, the upstream and downstream parts of the pipe 3 and 4 are welded to end parts 65, 66 themselves connected by threaded connections 54 , 55 (by screws or studs for example) to the two flanges 50 and 51. Next, it can also be noted that the drive means 13 here consist of a carriage 130 actuated by a micrometric screw 131 connected by a sleeve d coupling 132 to the drive shaft of the engine assembly 12. The carriage 130 is guided along two rods 133, 134 connecting this engine assembly integrally to the sleeve. A light 90 formed in the body of the sleeve makes it possible to facilitate the introduction of the sensor 11 when the latter is placed in a horizontal position, parallel to the axis of the pipe, a plug 91 then closing this orifice. The adaptation of the device according to the invention is obtained by the introduction of an internal sleeve 100 inside the instrumentation sleeve 1, the transverse support of this internal sleeve being produced by rings 92 and 93 placed at each of its two ends and of which an internal shoulder ensures the stopping of these ends, the external diameter of these rings corresponding to the internal diameter of the instrumentation sleeve 1. In addition, in the case of the use of a sensor in position horizontal, the aforementioned lumen also passing through the internal sleeve, the same is true of the plug 91 which occasionally provides additional rotation support for this internal sleeve.
Le dispositif selon l'invention est particulièrement adapté à une utilisation dans des conduites de transport de gaz naturel sous des pressions importantes. The device according to the invention is particularly suitable for use in pipes for transporting natural gas under high pressures.
Notamment, il peut être employé pour analyser la nature des écoulements apparaissant au niveau d'un compteur de gaz, en particulier dans un but d'étalonnage. In particular, it can be used to analyze the nature of the flows appearing at the level of a gas meter, in particular for the purpose of calibration.
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| DE102006007499A1 (en) * | 2006-02-16 | 2007-08-23 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Traversing device for a measuring probe |
| CN114199449A (en) * | 2021-11-17 | 2022-03-18 | 江苏大学 | Internal fluid pressure testing machine and method for cavitation generator |
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| JPS60155979A (en) * | 1984-01-25 | 1985-08-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Sensor moving apparatus |
| GB2197079A (en) * | 1986-10-09 | 1988-05-11 | Rolls Royce Motors Ltd | Measuring fluid flow |
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1993
- 1993-12-30 FR FR9315875A patent/FR2714732B1/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2714732B1 (en) | 1996-03-15 |
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