FR2738336A1 - Debitmetre a section variable - Google Patents
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Abstract
Le débitmètre comprend une tuyère (2), présentant une zone (6) qui est divergente dans le sens d'écoulement voulu à travers le débitmètre, et un obturateur (10) situé à l'intérieur de la zone divergente (6) de la tuyère (2) et guidé, en vue d'un déplacement le long de la tuyère (2), par des ailettes (38) qui sont orientées vers l'intérieur de la tuyère (2), ledit déplacement de l'obturateur (10), sous l'effet d'une différence de pression produite par le fluide en écoulement, faisant varier la section transversale d'écoulement entre la surface extérieure de l'obturateur (10) et la surface intérieure de la tuyère (2), des moyens de mesure (24, 26, 32, 34) étant prévus qui sont sensibles à la différence de pression de part et d'autre de l'obturateur (10) dans le sens d'écoulement du fluide, fournissant ainsi une sortie qui représente le débit du fluide dans le débitmètre.
Description
La présente invention concerne des débitmè-
tres. On connaît des débitmètres à section varia-
ble, par exemple par EP-A-0522708 qui décrit un débitmè-
tre comprenant un orifice dans lequel un obturateur
conique est situé. Le changement de position de l'obtura-
teur conique, à l'encontre de l'action d'un ressort et sous l'influence du fluide en écoulement, fait varier la section transversale d'écoulement se présentant entre l'obturateur et le bord de l'orifice. La différence de pression de part et d'autre de l'obturateur fournit une
sortie représentant le débit traversant le débitmètre.
Etant donné que la position de l'obturateur conique dans l'orifice varie en fonction du débit, le débitmètre peut fournir des mesures précises de débit dans un large
domaine de débits.
L'obturateur conique de EP-A-0522708 est supporté à l'intérieur de l'orifice par un axe lui-même
supporté par une pièce à rayons qui est portée intérieu-
rement par un conduit présentant l'orifice. L'accumula-
tion de jeux qui se produit avec cet agencement rend difficile l'obtention d'une disposition concentrique entre l'obturateur et l'orifice. Etant donné que, dans un débitmètre à section variable, l'obturateur ne doit jamais obturer entièrement l'orifice, le défaut de
concentricité signifie que le jeu existant entre l'obtu-
rateur et l'orifice est en pratique relativement grand.
Ceci signifie que le débitmètre n'est pas capable de
mesurer de faibles débits avec précision.
Par ailleurs, le frottement entre l'obtura-
teur et l'axe entraîne une hystérésis dans le fonctionne-
ment du débitmètre et, dans certains cas, l'obturateur
peut être complètement coincé sur l'axe.
L'invention vise à pallier notamment les inconvénients précédemment décrits. Conformément à la présente invention, il est fourni un débitmètre comprenant une tuyère, présentant une zone qui est divergente dans le sens d'écoulement voulu à travers le débitmètre, et un obturateur situé à l'intérieur de la zone divergente de la tuyère et guidé, en vue d'un déplacement le long de la tuyère, par des ailettes qui sont orientées vers l'intérieur de la TUY7RE, ledit déplacement de l'obturateur 10, sous l'effet d'une différence de pression produite par le
fluide en écoulement, faisant varier la section transver-
sale d'écoulement entre la surface extérieure de l'obtu-
rateur et la surface intérieure de la tuyère, des moyens de mesure étant prévus qui sont sensibles à la différence de pression de part et d'autre de l'obturateur dans le sens d'écoulement du fluide, fournissant ainsi une sortie
qui représente le débit du fluide traversant le débitmè-
tre. De préférence, la tuyère se présente sous la forme d'un venturi dont la zone divergente peut être conique. La buse peut être pourvue d'une bride permettant de monter le débitmètre dans une tuyauterie entre deux
brides de tuyau.
Les moyens de mesure peuvent comprendre une cellule à pression différentielle servant à mesurer directement la différence de pression de part et d'autre de l'obturateur. Toutefois, en variante, les moyens de mesure peuvent être sensibles au changement de position
de l'obturateur ou à la force appliquée, par l'intermé-
diaire d'un moyen exerçant une sollicitation élastique, à un élément de support. L'élément de support peut comprendre un anneau en charbon ou un anneau métallique présentant un revêtement de surface à faible frottement et il peut être monté dans la buse au moyen d'un élément de contrainte pourvu de jauges de contrainte qui servent
à fournir une sortie représentant le débit de fluidetra-
versant le débitmètre. L'élément de contrainte peut comprendre une première partie allongée telle qu'un tube extérieur qui est supporté à une extrémité sur la tuyère et est relié à l'autre extrémité à une extrémité d'une seconde partie tel qu'un tube intérieur, qui s'étend dans le tube extérieur et porte le support à son autre extrémité. Les moyens de mesure peuvent comporter un
capteur de température de façon à assurer une compensa-
tion de température.
L'obturateur peut être de forme générale cylindrique, en présentant une extrémité avant (vis-à-vis
du sens d'écoulement dans le débitmètre) qui est hémis-
phérique. L'extrémité arrière de l'obturateur peut être profilée afin de réduire la turbulence dans l'écoulement passant entre l'obturateur et la buse. Dans une variante de réalisation, l'obturateur peut être sphérique et il
peut être creux.
Dans un mode préféré de réalisation, l'obtu-
rateur est repoussé élastiquement au moyen d'un ressort dans le sens opposé au sens d'écoulement voulu dans le débitmètre. L'obturateur peut présenter un évidement servant à recevoir une extrémité du ressort. Des moyens peuvent être prévus pour guider le ressort de façon à empêcher un flambage. Ces moyens de guidage peuvent se présenter sous la forme d'une tige de guidage qui est fixée soit à l'obturateur, soit à une butée située à l'autre extrémité du ressort et qui s'étend à l'intérieur du ressort. En variante, ou en sus, les moyens de guidage
peuvent comprendre une enveloppe de ressort télescopique.
Pour une meilleure compréhension de la présente invention et pour montrer la manière dont elle peut être mise en oeuvre, on se reporte ci-après, à titre d'exemple, aux dessins annexés dont: la figure 1 est une vue en coupe d'un débitmètre, la figure 2 est, à échelle réduite, une vue en coupe par la ligne II-II de la figure 1, la figure 3 correspond à la figure 1, mais représente une variante de réalisation du débitmètre et la figure 4 correspond à la figure 1 et
représente un troisième mode de réalisation d'un débitmè-
tre.
Le débitmètre représenté à la figure 1 comprend une tuyère 2 se présentant sous la forme d'un venturi comportant une zone convergente 4 est une zone divergente 6 conique. La zone divergente 6 comporte une bride 8 permettant un support du débitmètre entre des brides de tuyau d'une tuyauterie. Un obturateur 10 est situé dans la tuyère 2. L'obturateur 10 comporte une zone centrale cylindrique 12 présentant une extrémité avant
14 hémisphérique et une extrémité arrière 16 convergente.
L'obturateur 10 présente un évidement cylindrique 18 qui
reçoit une une première extrémité d'un ressort 20.
L'autre extrémité du ressort 20 vient en butée sur un support 22 se présentant sous la forme d'un anneau en charbon. Des moyens (non représentés) sont prévus pour limiter le déplacement de l'obturateur 10 vers la gauche
lorsqu'on regarde la figure 1.
L'anneau en charbon 22 reçoit une première extrémité d'un élément de support 24 qui est monté sur un élément de contrainte 26. Cet élément de contrainte 26 comprend un tube extérieur 28 qui est fixé à une première extrémité à la bride 8 de la tuyère 2. À son autre extrémité, le tube extérieur 28 est relié à une première extrémité d'un tube intérieur 30 dont l'autre extrémité porte l'élément de support 24. Des jauges de contrainte 32 sont fixées sur le tube extérieur 28. Un thermomètre à résistance de platine 34 est prévu dans le tube intérieur 30 en un emplacement o il s'étend dans
la tuyère 2. Les jauges de contrainte 32 et le thermomè-
tre 34 sont reliés par des conducteurs à un circuit de
traitement 36.
La zone divergente 6 de la tuyère 2 comporte des ailettes 38 en saillie vers l'intérieur. Trois de ces ailettes 38 sont représentées à la figure 2, mais il est possible de prévoir plus de trois ailettes. À l'endroit
de la zone avant 6 de la buse 2, les ailettes s'interrom-
pent en présentant un diamètre légèrement supérieur au diamètre extérieur de la partie cylindrique 12 de l'obturateur 10. Dans la zone du support 22, les ailettes s'interrompent en présentant un diamètre intermédiaire et, au-delà du support 22, les ailettes 38 s'interrompent en présentant un diamètre encore plus petit, fournissant
ainsi une butée 40.
En fonctionnement, le débitmètre est monté dans une tuyauterie au moyen de la bride 8. Le fluide, tel que de la vapeur d'eau, qui passe dans la tuyauterie produit de part et d'autre de l'obturateur 10 une différence de pression qui a tendance à déplacer cet obturateur 10 vers la droite lorsqu'on regarde la figure 1, à l'encontre de l'action du ressort 20. À de faibles débits, le fluide passe entre l'obturateur et la partie la plus étroite de la zone divergente 6, mais, au fur et à mesure que le débit croît, l'obturateur est repoussé progressivement plus loin vers la droite et la section transversale d'écoulement existant entre l'obturateur 10 et la buse 2 augmente. L'extrémité arrière 16 convergente de l'obturateur 10 aide à empêcher l'écoulement de décoller de la surface de l'obturateur 10, évitant ainsi
une turbulence et une perte de charge irrécupérable.
Au fur et à mesure que l'obturateur 10 change de position, le ressort 20 se comprime et la force qu'il applique à l'élément de support 24, par l'intermédiaire
de l'anneau 22, augmente. La petite déflexion de l'élé-
ment de contrainte 26 qui en résulte provoque des déflexions correspondantes des jauges de contrainte 32 qui fournissent des signaux aux circuits de traitement 36, ainsi que le fait le thermomètre à résistance de platine 34. La sortie du circuit de traitement 36 qui en
résulte représente le débit traversant le débitmètre.
À des débits très forts, l'anneau 22 peut être repoussé en appui sur la butée 40, ce qui sert à
limiter la déflexion de l'élément de contrainte 26.
On comprend que l'obturateur 10 est centré dans la tuyère 2 directement par les ailettes 38. I1 en résulte qu'on peut donner une faible valeur au jeu (représenté d'une manière exagérée à la figure 1) qui existe entre l'obturateur 10 et la partie la plus étroite de la tuyère 2, étant donné qu'il n'est pas possible que
des jeux de tolérance s'accumulent comme dans le débitmè-
tre décrit dans EP-A-0522708. En réduisant le jeu minimal existant entre l'obturateur 10 et la tuyère 2, on améliore la sensibilité du débitmètre à de très faibles débits, ce qui étend le domaine dans lequel le débitmètre fonctionne. Par ailleurs, les effets de frottement et le
risque de coincement sont réduits à un minimum.
En outre, en éliminant la nécessité de monter l'obturateur sur un axe supporté dans la tuyauterie, on
réduit le coût de fabrication et la complexité.
La figure 3 représente un débitmètre qui est dans l'ensemble analogue à celui de la figure 1, en particulier en ce qui concerne les moyens de mesure servant à convertir la force appliquée par le ressort 20 à l'anneau en charbon 22 en des signaux de sortie fournis par le circuit de traitement 36. À la figure 2, les mêmes repères qu'à la figure 1 sont utilisés pour des parties semblables. Dans le mode de réalisation de la figure 3, l'obturateur 10 est une bille sphérique, laquelle peut être creuse afin de réduire sa masse et donc la réponse du débitmètre à des fluctuations se présentant dans le débit. Le ressort 20 est enfermé, sur toute sa longueur au moyen d'une enveloppe télescopique 42 qui comprend un tube extérieur 44 fixé dans des découpes pratiquées dans les ailettes 38. Un tube intérieur 46 coulisse dans le tube extérieur 44 et présente une extrémité fermée 48 qui vient en butée sur la bille 10. L'enveloppe 42 sert ainsi à empêcher des déflexions transversales du ressort 20 et sert aussi à éviter une turbulence dans l'écoulement en
aval de la bille 10.
La figure 4 représente un troisième mode de réalisation d'un débitmètre. Ce mode de réalisation est analogue à celui de la figure 1, mais présente une forme différente de réalisation des moyens de mesure. Là encore, les chiffres de référence utilisés à la figure 4 sont les mêmes que ceux utilisés à la figure 1 pour des
composants analogues.
Dans le mode de réalisation de la figure 4, l'obturateur 10 présente la même forme extérieure que celui de la figure 1, mais, à l'extrémité fermée de l'évidement 18, il est prévu un bossage 50 taraudé qui reçoit une extrémité filetée d'une tige 52 en matière magnétique. La tige 52 est immobilisée au moyen d'un
écrou 54.
À son extrémité opposée à l'obturateur 10, la tige 52 s'étend dans un ensemble d'enroulements 56 enfermé dans un boîtier non magnétique 58. L'ensemble d'enroulements 56 comprend un enroulement primaire 60 et deux enroulements secondaires 62. Les enroulements sont connectés à un circuit d'actionnement et de traitement (non représenté) par des conducteurs 64 qui s'étendent dans une pièce de butée 66 et dans une zone 68 de plus grande épaisseur de l'une des ailettes 38. La butée 66 sert d'appui à l'extrémité du ressort 20 située à
l'opposé de l'obturateur 10.
En fonctionnement, un déplacement de l'obtu-
rateur 10 provoque un déplacement de la tige 52 dans
l'ensemble d'enroulements 66. Le flux reliant l'enroule-
ment primaire 60 et les enroulements secondaires 62 varie
en fonction de la position de la tige 52 et, par consé-
quent, le courant induit dans les enroulements secondai-
res 62 et détecté par le circuit de traitement sert à indiquer la position de l'obturateur 10 et donc le débit
traversant le débitmètre.
Dans tous les modes de réalisation, l'obtura-
teur 10 peut être revêtu d'un revêtement à faible
frottement ou résistant à l'usure.
Claims (13)
1. Débitmètre caractérisé en ce qu'il comprend une tuyère (2), présentant une zone (6) qui est divergente dans le sens d'écoulement voulu à travers le débitmètre, et un obturateur (10) situé à l'intérieur de la zone divergente (6) de la buse (2) et guidé, en vue d'un déplacement le long de la tuyère (2), par des ailettes (38) qui sont orientées vers l'intérieur de la buse (2), ledit déplacement de l'obturateur (10, sous l'effet d'une différence de pression produite par le
fluide en écoulement, faisant varier la section transver-
sale d'écoulement entre la surface extérieure de l'obtu-
rateur (10) et la surface intérieure de la tuyère (2), des moyens de mesure (24, 26, 32, 34; 52, 54, 56, 62) étant prévus qui sont sensibles à la différence de pression de part et d'autre de l'obturateur (10) dans le sens d'écoulement du fluide, fournissant ainsi une sortie
qui représente le débit du fluide traversant le débitmè-
tre.
2. Débitmètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tuyère (2) se présente sous la
forme d'un venturi.
3. Débitmètre selon l'une quelconque des
revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la zone
divergente (6) de la tuyère (2) est conique.
4. Débitmètre selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que la
tuyère (2) comporte une bride (8) permettant le montage du débitmètre dans une tuyauterie, entre des brides de tuyau.
5. Débitmètre selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que les
moyens de mesure (24, 26, 32, 34; 52, 54, 56, 62) sont sensibles à un changement de position de l'obturateur
(10) le long de la tuyère (2).
6. Débitmètre selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que
l'obturateur (10) est repoussé par des moyens élastiques (20) dans un sens opposé au sens d'écoulement voulu à travers le débitmètre, les moyens élastiques (20) exerçant leur action entre l'obturateur (10) et un
support (22) monté à l'intérieur de la tuyère (2).
7. Débitmètre selon la revendication 6
lorsque celle-ci dépend de l'une quelconque des revendi-
cations 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de mesure (24, 26, 32, 34; 52, 54, 56, 62) sont sensibles à la force appliquée par les moyens élastiques (20) au support (22).
8. Débitmètre selon la revendication 7, caractérisé en ce que le support (22) exerce une action sur un élément de contrainte (26), les moyens de mesure (24, 26, 32, 34) comprenant des jauges de contrainte (32) prévues sur l'élément de contrainte (26), de façon à répondre à une déflexion de l'élément de contrainte (26) sous l'effet de la force appliquée par les moyens
élastiques (20).
9. Débitmètre selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément de contrainte (26) comprend une première partie allongée (32) qui est montée à une première extrémité sur la tuyère (2) et est reliée à son autre extrémité à une première extrémité d'une seconde partie (30) dont l'autre extrémité coopère avec
le support (22).
10. Débitmètre selon l'une quelconque des
revendications 6 à 9, caractérisé en ce que l'obturateur
(10) présente un évidement (18) qui reçoit une extrémité
des moyens élastiques (20).
11. Débitmètre selon l'une quelconque des
revendications 6 à 10, caractérisé en ce que les moyens
élastiques (20) comprennent un ressort, des moyens de guidage (42) étant prévus pour résister à une déflexion
transversale du ressort (20).
12. Débitmètre selon la revendication 11,
caractérisé en ce que les moyens de guidage (42) compren-
nent une enveloppe télescopique de ressort.
13. Débitmètre selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que les
moyens de mesure (24, 26, 32, 34) comprennent des moyens
(34) permettant de compenser des variations de tempéra-
ture du fluide en écoulement.
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