Brevet FR2412401A1 — publié le 19790720

La présente invention se rapporte au domaine de la réparation des articles en caoutchouc, en particulier elle concerne les appa- reils de vulcanisation pour la réparation des cules électriques. Elle peut trouver son application dans le chauffage des tubes thermo-rétrécissables enveloppant les parties détériorées des câbles. On peut également l'utiliser pour la vulcanisation locale d'autres articles. I1 est très souvent nécessaire de procéder à la réparation sur place de câbles souples alimentant les récepteurs électriques mobiles, dans les mines ou les carrières à ciel ouvert par exemple. Dans le cas des mines présentant des dangers de déflagration de gaz ou de poussières, les appareils de vulcanisation doivent satisfaire à des exigences très strictes au point de vue protection contre les dangers de déflagration ou d'incendie. On connaît des appareils de vulcanisation électriques dans lesquels le chauffage des moule à charnières est assuré par des résistances de valeur élevée en fils de métal. La chaleur émise par ces résistances traverse l'isolation électrique pour être transmise au corps du vulcanisateur et aux demi-moules, montés dans des logements spéciaux prévus dans le corps. Les principaux défauts de ces appareils de vulcanisation sont les suivants - fort rapport de la masse à l'unité de longueur réparée, et surtout dans le cas des appareils de vulcanisation anti-déflagrants. Cela s'explique par le fait que le corps de l'appareil est utilisé non seulement comme support pour les résistances mais également comme élément faisant pression sur le cible à réparer, c'est-à-dire que le corps est suet à d'importantes charges mécaniques et doit, en conséquence, être d'une construction assez résistante. - fiabilité assez réduite à cause de la courte durée de fonctionnement des résistances de valeur élevée due à l'oxydation du métal des fils et à l'apparition des microfissures. - faible rendement thermique étant donné que dans ce type d'appareils, la chaleur est transmise non seulement aux demi-moules, mais aussi au corps de l'appareil tout entier. On peut expliquer ainsi la difficulté d'assurer la sécurité au point de vue déflagration et incendie. Pour que la vulcanisation ait lieu, les demi-moules doivent titre chauffés à 150-160eC; la différence de température entre les demi-moules et le corps, suivant les écartements générateurs de fortes résistances thermiques peut varier entre 10 et 25oC, Dans ces conditions, la température du corps sous les demi-moules doit s' élever à 160-185eC et même plus dans certains cas.Mais les règlements en vigueur stipulent que la température des surfaces extérieures des carters antidéflagrants ne doit pas dépasser 200pu en régime continu. I1 faut également-tenir compte du fait que, très souvent, la régulation de la température du chauffage des demi-moules de vulcanisation est assurée par des relais thermiques dont la fiabilité n'est pas élevée. La dispersion des paramètres de fonctionnement de ces relais ou leur défaillance de fonctionnement peuvent provoquer une surchauffe de 11 appareil, sa température dépassant alors 200oC ce qui est inadmissible dans les mines où il existe des dangers d'explosion de gaz ou de poussière. Il est donc assez difficile d'assurer la sécurité de fonctionne- ment des appareils de vulcanisation de ce type au point de vue incendie. Il s'avère d'autre part que lorsque les résistances transmettent la chaleur aux demi-moules, il se produit de très fortes résistances thermiques, c'est pourquoi, lors du chauffage du demi-moule à une température de 150-160a0 la température de la résistance de valeur élevée atteint 300-400"C. Il est très difficile de rendre antidéflagrantes des sources de chaleur atteignant une telle température. Ce n'est donc pas par hasard que dans nombreux pays, on interdit l'usage des appareils de vulcanisation de type à résistivité, dans les mines présentant des dangers d'explosion de gaz ou de poussière. Dans certains cas on fabrique le corps du vulcanisateur et les demi-moules en alliage d'aluminium, ce qui rend leur masse moins im- portante. Il faut pourtant remarquer que cette mesure ne suffit pas à éliminer les autres défauts des appareils de vulcanisation à résistivité. I1 faut également noter qu'il n'est pas recommandé d'utiliser l'aluminium ou ses alliages pour la fabrication d'équipements électriques anti-déflagrants car la chute d'un objet en acier sur le carter en alliage d'alluminium peut provoquer une étincelle capable d'enflammer le méthane. Ainsi donc les appareils de vulcanisation de type à résistivité ont un certain nombre de défauts importants qui rendent leur utilisation difficile et même, dans certains cas, impossible. I1 existe un appareil de vulcanisation par induction, objet du certificat d'auteur n lal 005 déposé en URSS, qui comporte deux inducteurs dont chacun est formé d'un circuit magnétique à trois colonnes et de bobines sur chacune des colonnes, les demi-moules étant fixés sur les colonnes du circuit magnétique. L'appareil de vulcanisation comporte un dispositif pour le serrage des demi-moules avec les inducteurs et il est monté sur un chariot spécial. Cet appareil de vulcanisation a donc une forte masse par rapport à l'unité de longueur de câble réparé. On peut l'expliquer par - la présence de deux inducteurs ce qui exige deux arrivées et il est plus difficile de rendre ces appareils antidéflagrants. - la complexité de l'inducteur, composé de trois bobines et d'un circuit magnétique. I1 faut remarquer que la force de pression est transmise par les circuits magnétiques ce qui oblige à leur donner une grande résistance mécanique. Le but de l'invention consiste à éliminer les défauts ci-dessus. Le problème à résoudre consiste à réaliser un appareil de vulcanisation pour la réparation des câbles où le chauffage des deux demi-moules du moule à charnières est assuré d'une façon eontrsslde à partir d'un seul inducteur ce qui permet de diminuer la masse du vuleanisateur, d'augmenter sa fiabilité et d'obtenir un meilleur rendement thermique. Le problème posé est résolu en ce que dans un appareil de vulcasation comprenant un moule à charnières dans lequel on place le ca- ble à réparer ainsi qu'un inducteur à circuit magnétique à plusieurs colonnes servant à produire et à transmettre le flux magnétique alternatif au moule à charnières, suivant l'invention, ce moule à charnière et le circuit magnétique à plusieurs colonnes sont disposés 1'un par rapport à l'autre de manière que le plan d'ouverture du moule à charnières se trouve dans le plan du flux magnétique passant par les colonnes du circuit magnétique. Une telle disposition des moitiés du moule à charnières assure leur chauffage régulier à partir d'un seul inducteur. Suivant un mode de réalisation de l'invention, le circuit magnétique à plusieurs colonnes comprend trois colonnes avec une bobine montée sur celle du milieu. Afin d'allonger la longueur utile du moule à charnières, il est avantageux de réaliser le circuit magnétique à plusieurs colonnes avec un nombre impair de colonnes mais supérieur à trois et de monter les bobines de l'inducteur sur chacune des colonnes paires mais de façon à ce que les flux magnétiques induits dans les colonnes se trouvant entre les bobines se retranchent. Afin de prévenir le fonctionnement de l'appareil de vulcanisa- tion lorsque le circuit magnétique est partiellement ou totalement ouvert durant un temps assez long, l'une des colonnes par laquelle passe le flux magnétique de travail porte une bobine de blocage reliée inductivement à l'une des bobines de l'inducteur et donnant un signal d'arrêt de l'alimentation de l'appareil de vulcanisation lors que le demi-moule est enlevé ou décalé. Afin que le blocage du circuit d'alimentation de l'appareil soit plus sûr lorsque le demi-moule est enlevé ou décalé, il comporte des bobines de compensation montées entre les colonnes voisines du cir cuit magnétique et la bobine de blocage dans des plans perpendicu laires passant par les ases verticaux des colonnes et de la bobine de blocage et reliées avec chacun des circuits de la bobine de blo cage en parallèle en sens opposé. Afin de régler la température de chauffage du moule à charnière par modification du flux magnétique passant par le moule, il est avantageux de monter sur les surfaces extérieures des demi-moules, parallèlement aux colonnes du circuit magnétique, un shunt électromagnétique formé d'un 5eu de plaques d'acier électrotechnique-. Suivant l'un des modes de réalisation de l'invention, le moule à charnières comporte un coussinet en un matériau ayant un coeffi- cient de conductibilité thermique suffisant pour égaliser la tempé rature de chauffage dans le moule à charnières. C'est un coussinet en cuivre qui répond le mieux à ces exigences. Il est possible de réaliser l'appareil de vulcanisation avec 1'un des demi-moules fixé rigidement sur les colonnes du circuit mag- tique. L'appareil de vulcanisation suivant 11 invention comprend un moule à charnières destiné à recevoir le câble à réparer et un inducteur avec un circuit magnétiquef à plusieurs colonnes servant à produire et à transmettre un flux magnétique alternatif au moule à charnières, ledit circuit magnétique et ledit moule à charnières étant disposés l'un par rapport à l'autre de façon que le plan d'ouverture de ce moule à charnières soit situé dans le plan du flux magnétique dans les colonnes du circuit magnétique à plusieurs colonnes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la Fig. 1 est une vue d'ensemble de l'appareil de vulcanisa- tion pôur la réparation des cibles suivant 1'invention; - la Fig. 2 est une vue en coupe suivant la ligne Il-Il de la Sig.l; - la Fig. 3 est un schéma électrique du blocage; - la Fig. 4 montre un inducteur suivant une autre variante de réalisation avec une coupe partielle de la bobine de l'inducteur; - la Fig. 5 est une vue en coupe suivant la ligne Y-Y de la Fig, 4;; - la Fig. 6 est un schéma électrique du blocage selon une autre variante de réalisation; - la Fig. 7 est un schéma de l'inducteur, avant le moule à charnières monté, suivant une autre variante de réalisation de l'in- vention. - la Pig. 8 est un schéma de l'inducteur, le moule à charnières étant monté suivant une autre variante de réalisation. - la Fig. 9 est une vue de l'inducteur, le moule à charnières étant monté dans le sens de l'axe suivant un autre mode de réalisation; - la Fig. 10 montre un demi-moule représenté dans le sens de l'axe longitudinal, les coussinets étant placés; - la Fig. 11 montre le demi-moule de la Fig. 10 dans le sens de la flèche A. Comme on le voit dtaprès les dessins, notamment sur la Fig.l et sur la Fig. 2, l'appareil de vulcanisation pour la réparation des câbles électriques comprend un moule à charnières I destiné à recevoir le cible à réparer et composé de deux demi-moules 2 et 3; un inducteur comprenant un circuit magnétique à plusieurs colonnes 4; une bobine 5 d'inducteur montée sur l'une des colonnes du circuit magnétique 4. L'inducteur est destiné à engendrer et à transmettre un flux magnétique alternatif arrivant au moule à charnières. Selon l'invention, le circuit magnétique 4 et le moule à charnières I sont disposés l'un par rapport à l'autre de sorte que l'ou- verture du moule à charnières soit dans le plan du flux magnétique dans les colonnes du circuit magnétique 4. Du point de vue exploitation la meilleure disposition des colonnes du circuit magnétique 4 est la verticale et le flux magnétique qui y est induit se trouve également dans un plan vertical, et, par conséquent, le plan d'ouverture du moule à charnières se trouve aussi dans un plan vertical comme on le voit d'après la Fig. I. Suivant l'une des variantes de réalisation, montrée sur les Fig. 1 et 2, l'appareil de vulcanisation pour la réparation des c- bles comporte un circuit magnétique 4 à 3 colonnes, par exemple un circuit magnétique feuilleté comportant une bobine 5 d'induction montée sur la colonne du milieu du circuit magnétique 4. L'inducteur est placé dans le corps 6 dont la cavité est fermée par un couvercle 7 en une matière isolante. Le corps 6 de l'appareil est soit en t81e d'acier soudéisoit en un alliage léger coulé. Les extrémités des colonnes du circuit magnétique 4 sortent à travers le couvercle 7 et c'est sur leurs extrémités que sont montés les demi-moules amovibles 2 et 3 du moule à charnières I. Ces deux demi-moules 2 et 3 sont serrés par des colliers 8. Les demi-moules 2 et 3 sont faits en acier magnétique doux. Les colliers de serrage 8 passent entre les colonnes du circuit magnétique 4 de sorte que les forces de compression des demi-moules du moule à charnières I ne sont pas transmises au circuit magnétique 4. Afin de rendre l'appareil antidéflagrant, la cavité aménagée dans le corps 6 est remplie de sable de quartz, ce qui n'est pas visible au dessin pour simplifier, mais la couche de sable a une épaisseur conforme aux exigences en vigueur dans le domaine de la construction de l'appareillage antidéflagrant. Le circuit magnétique 4 est fabriqué par estampage de plaques d'acier électrotechnique.Il est cependant clair pour les spécialistes en la matière que le circuit magnétique peut être fait avec des éléments en U ce qui doit permettre d'utiliser des profilés laminés à froid en acier et de diminuer la masse de ce circuit magnétique Pour éviter que l'appareil ne fonctionne longtemps avec le circuit magnétique partiellement ou totalement ouverts c1est-à-dire avec un moule à charnières enlevé ou mal montés une des colonnes de ce circuit magnétique, dans l'exemple représenté, il s'agit de la colonne extrême du circuit magnétique à trois colonnes 4, porte une bobine de blocage 9.Cette bobine de blocage 9 est reliée inductivement avec la bobine 5 dinducteur et avec le dispositif de blocage 10 monté sur le corps 6* La Fig 3 est un schéma électrique du dis- positif de blocage 10 qui comprend des diodes redresseuses II, un thyristor-12 connecté en parallèle avec le bouton "marche" de 1 terrupteur 13 et une résistance 14 de valeur élevée La bobine 5 d'induction est reliée à un dispositif de mise en marche 15 par un connecteur 16 dont l'une des parties est fixée sur le corps 6 de l'appareil On remarquera que le montage de la bobine de blocage 9 à une certaine hauteur de la colonne influe sur la valeur de la force dlee- tromotrice qui y est induite lorsque le circuit magnétique est ousert ou fermé : plus la bobine de blocage 9 est montée haut sur la colonne du circuit magnétîque plus la valeur des flux de dispersion qui la traversent est petite Dans une version normale de l'appareil de vulcanisation, on dia- pose les bobines de blocage le plus haut possible comme on le voit sur la Fig 2.Dans ce casp lorsque les demi-moules sont en place un flux magnétique de travail passe -dans la bobine de blocage 9 et y induit une force électromotrice suffisante pour ouvrir le thyristor; En version antidéflagrante, la bobine de blocage doit autre enfouie dans le sable de quartz à une profondeur de 14-16 mm. A cause de cette disposition de la bobine de blocage, lorsque le moule à charnières est enlevé, il passe par la colonne et par la bobine un flux magnétique de dispersion qui peut être comparable au flux magnétique de dispersion qui peut être comparable au flux magnétique de travail.Dans ce cas, la force électromotrice induite dans la bobine de blocage 9 peut engendrer un courant suffisant pour assurer l'ouverture du thyristor 12 et le shuntage du bouton "Marehe". Ceci amoindrit la fiabilité du dispositif de blocage. Comme on le voit sur les Fig. 4 et 5, la bobine de blocage 9 est montée sur la colonne portant la bobine 5 d'induction ce qui est dû à la nécessité d'isoler les conducteurs de la bobine de blocage 9 du corps 6 sans que les dimensions de celui-ci augmentent. Pour améliorer la fiabilité du dispositif de blocage dans la version antidéflagrante de 11 appareil de vulcanisation, on monte des bobines de compensation 17 entre les colonnes du circuit magnétique 4 dars des plans perpendiculaires passant par les axes des colonnes et de la bobine de blocage 9.Les bobines de compensation 17, dans le schéma du dispositif de blocage Fig. 6, sont montées en série et en opposition -par rapport à la bobine de blocage 9. Le nombre de spires W17 de la bobine de compensation 17 est choisi de manière telle par rapport au nombre de spires Wg de la bobine de blocage 9 que lorsque le circuit magnétique est ouvert la force dlectromotri- ce de la bobine de blocage 9 que l'on peut déterminer en partant de la formule et la force électromotrice de la bobine de compensation 17 que l'on peu déterminer par la formule E17 = soient égales où PGqest le flux magnétique de dis persion, passant par la bobine de blocage tandis que + est le flux magnétique de dispersion magnétique passant par la bobine de compensation. Suivant un autre mode de réalisation Fig.7, le circuit magnétique à plusieurs colonnes peut comporter un nombre impair de colonnes, mais supérieur à trois, dont chacune des colonnes paires porte une bobine 5 d'induction. Ces bobines 5 sont connectées de telle sorte que dans les colonnes se trouvant entre les bobines 5 les flux magnétiques se retranchent. Cette conception du circuit magnétique permet d'en diminuer la masse à cause d'un nombre moindre de colonnes du circuit magnétique par comparaison avec les inducteurs composés de circuits magnétiques à triples colonnes, les sections des colonnes, dans lesquelles les flux magnétiques se retranchent, pouvant relativement être peu importantes. Comme la température dans les mines des régions tempérées varie peu, il est possible en calculant le nombre de spires nécessaires dans la bobine d'induction d'assurer la possibilité de fonctionne ment de l'appareil en cas de faible baisse de la température ambiante. Nais dans les mines à forts écarts de température ainsi que dans les carrières à ciel ouvert, il est difficile d'assurer une température suffisante de chauffage du moule à charnières pour que le processus de vulcanisation se produise. Suivant l'une des variantes de réalisation de l'invention montrée aux Pig. 8 et 9, l'appareil comporte pour assurer un chauffage suffisant du moule à charnières, un shunt électromagnétique 19 constitué par un Jeu de plaques en acier électrotechnique montées sur la surface extérieure des demi-moules. Le shunt 19 permet de régler la température par modification du flux magnétique, car dans ce cas, le flux magnétique de travail est divisé en deux flux, l'un passe par le shunt électromagnétique, l'autre passe par le moule à char -nières. On peut faire varier la valeur du flux passant par le moule à charnières I en modifiant la position du shunt électromagnétique 19 par rapport au circuit magnétique 4.Lors du déplacement du shunt électromagnétique 19 par rapport au circuit magnétique dans le plan perpendiculaire à l'axe de la bobine 5 d'induction la valeur du flux magnétique passant par le moule à charnières varie. On peut disposer le shunt électromagnétique sur les surfaces extérieures des demi-moules parallèlement aux colonnes du circuit magnétique comme on le voit sur la Fig. 9 ou entre les colonnes du circuit magnétique comme on le voit sur la Fig. 8. Suivant l'une des variantes de réalisation de l'invention, le moule à charnières I comporte un coussinet 18 en un matériau ayant un coefficient de conductibilité thermique suffisant pour égaliser la température de chauffe du moule à charnières suivant le périmètre et la longueur. La Fig. 10 montre la construction des coussinets en cuivre servant aussi bien pour l'égalisation de la température que pour la possibilité de réparer des câbles de section différente, ce qui est possible par l'enlèvement ou la mise en place de coussinets en nombre suffisant et de diamètres différents. Cela évite de prévoir un grand nombre de moules à charnières différents pour l'appareil. L'appareil décrit est prévu pour la réparation des câbles les plus divers, des cibles d'éclairage à basse tension aux câbles d'a limentation de pelles mécaniques avec une tension de 35 kV. L'appareil de vulcanisation peut être réalisé aussi bien en version portable qu'en version à poste fixe. On décrira ci-dessous les opérations à exécuter dans les cas où 1' appareil de vulcanisation est utilisé pour la réparation des gaines seules des câbles sans que l'isolation de leurs conducteurs soit détériorée. Après la préparation de la partie de la gaine détériorée pour la vulcanisation, on place cette partie du câble dans les demimoules 2 et 3 et on serre ceux-ci avec les colliers 8. Puis à l'aide du connecteur 16 on branche le courant du secteur. On appuie sur le bouton "marche" de l'interrupteur 13 dans le circuit de commande à distance. Le courant passe par la bobine 5 d'induction qui induit-un flux magnétique alternatif dans le circuit magnétique 4 et dans le moule à charnières I. Si le moule à charnières I est correctement placé, il est induit,dans la bobine de blocage 9, une force électromotrice et il passe un courant suffisant pour l'ou- verture du thyristor 12 et le shuntage du bouton "marche". Si le circuit magnétique est ouvert, la valeur du courant dans le circuit de la bobine 9 n'est pas suffisante pour ouvrir le thyristor 12. Dans ce cas, lorsqu'on lâche le bouton "marche" le courant n'arrive plus à la bobine car le bouton n'a pas été shunté par le thyristor. Il faut noter que le moule à charnières n'a pas une masse importante c'est pourquoi le temps de chauffage pour atteindre la température prévue est assez court également. Lorsqu'on.chauffe le caoutchouc brut on serre les demi-moules avec les colliers. Après vulcanisation de la partie détériorée on coupe l'alimentation en appuyant sur le bouton "arrêt", on ouvre les demi-moules 2 et 3 et le cible est prêt à être mis en service. S'il nty a lieu de mettre le cible rapidement en service après l'arrêt de la vulcanisation on coupe alors l'alimentation mais on n'enlève pas le cable du moule à charnière. Dans ce cas la qualité de la vulcanisation est meilleure à cause du déroulement lent des processus de la polymérisation. L'appareil de vulcanisation décrit ci-dessus présente les avantages suivants - faible masse par rapport à l'unité de longueur de câble réparé; grande fiabilité et grande durée de service; - fable constante de chauffe etp par conséquent, coefficient élevé de rendement thermique, faible consommation d'électricité; - transfert statique de l'énergie ce qui assure les propriétés antidéflagrantes. - RSvENDICATIONS 1 - Appareil de vulcanisation pour la réparation des câbles électriques comprenant un moule à charnières recevant le crible à ré- parer, un inducteur à circuit magnétique à plusieurs colonnes servant à produire et à transmettre un flux magnétique alternatif au moule à charnières, caractérisé en ce que le circuit magnétique et le moule à charnières sont montés l'un par rapport à l'autre de telle sorte que le plan d'ouverture du moule à charnières se trouve dans le plan du flux magnétique dans les colonnes dudit circuit magnétique. 2 - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit magnétique à plusieurs colonnes comporte un nombre impair de colonnes, chacune des colonnes paires portant une bobine dtinducteur. 3 - Appareil suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le circuit magnétique à plusieurs colonnes comporte plus de trois colonnes, les bobines d'induction étant connectées de façon à ce que les flux magnétiques induits dans les colonnes se trouvant entre les bobines se retranchent. 4 - appareil suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3 caractérisé par le fait que sur l'une des colonnes par laquelle passe le flux magnétique de travail est prévue une bobine de blocage reliée inductivement à la bobine dt induction et donnant le signal d'arrêt de l'alimentation dans le cas où le moule à charnières est enlevé ou décalé. 5 - Appareil suivant la revendication 4 caractérisé par le fait que des bobines de compensation sont montées entre les colonnes du circuit magnétique à plusieurs colonnes et la bobine de blocage dans des plans perpendiculaires passant par les axes verticaux des colonnes et de la bobine de blocage, les bobines de compensation étant reliées à chacun des circuits de la bobine de blocage en parallèle et en sens opposé. 6 - Appareil suivant la revendication I caractérisé par le fait qu'il comporte un shunt électromagnétique constitué par un Jeu de plaques en acier électrotechnique montées sur les surfaces extérieures des demi-moules parallèlement aux colonnes du circuit magné tique. 7 - Appareil suivant la-revendication I caractérisé par le fait que le moule à charnières comporte au moins un coussinet en un matériau ayant une conductivité thermique suffisante pour assurer l'égalisation de la température du moule à charnières. 8 - Appareil suivant la revendication 7 caractérisé par le fait que ledit coussinet est en cuivre. 9 - Appareil suivant la revendication I caractérisé par le fait que l'un des demi-moules du moule à charnières est fixé rigidement sur les colonnes du circuit magnétique.