Brevet FR2476302A1 — publié le 19810821

La présente invention concerne un indicateur de posi- tion permettant de détecter et d'indiquer la position d'un organe disposé à distance et mobile autour d'un axe, comme par exemple d'un élément de vanne rotative utilisé à l'inté- rieur du caisson sous pression situé dans un système de réacteur nucléaire. Dans certains cas il peut être souhaitable de détec- ter et d'indiquer la position d'un organe qui est mobile autour d'un axe et est situé dans une position distante ou inaccessible. Par exemple certains systèmes de réacteur nucléaire tels que des réacteurs nucléaires à refroidisse- ment au gaz, possèdent des vannes d'isolement de circuit intérieur en boucle afin d'empêcher le reflux du fluide pri- maire de refroidissement dans le circuit en boucle d'arrêt. De telles vannes sont de façon typique situées à l'intérieur de cuves etde canalisations sous pression et sont par consé- quent physiquement inaccessibles lorsque le système du réac- teur est en fonctionnement. Il est souhaitable que le manipulateur du réacteur connaisse la position des volets de vannes à tous les ins- tants du fonctionnement du réacteur, y compris dans les con- ditions de fonctionnement normales et anormales du réacteur. Des systèmes de liaison mécanique ou d'autres dispositifs analogues permettant de transmettre l'information de posi- tion depuis l'intérieur du caisson sous pression vers l'exté- rieur ne sont habituellement pas satisfaisants en raison de la difficulté de la transmission d'un déplacement mécanique à travers la paroi du caisson du réacteur, tout en conser- vant l'intégrité de ce dernier. Le but général de la présente invention est de four- nir un indicateur perfectionné de position permettant de détecter et d'indiquer la position d'un organe situé à dis- tance et mobile autour d'un axe. Plus particulièrement l'objet de la présente invention est de fournir un indicateur de position indiquant à l'opérateur faisant fonctionner le réacteur, la position des volets de vannes ou analogues, situés dans le caisson sous pression d'un réacteur. Conformément à la présente invention, un indicateur de position permettant de détecter et d'indiquer la position 24763o2 d'un organe situé à distance et: mobile autour d'un axe com- porte une source de lumière, des premiers moyens de trans- mission permettant de diriger la lumière depuis la source de lumière jusqu'à une première région située à l'emplacement à distance et alignée avec l'axe de l'organe mobile, un réflecteur situé au niveau de l'emplacement à distance et permettant de renvoyer la lumière arrivant sur la première région vers une seconde région décalée radialement vis-à- vis de la première région par rapport à l'axe de l'organe mobile, et qui peut être déplacé en réponse et d'une manière corres- pondant au déplacement de l'organe mobile autour de son axe, de telle manière que la séconde région se déplace sur un arc de courbe par rapport à la première région conformément au déplacement de l'organe mobile autour de son axe, plusieurs détecteurs situés au niveau de l'emplacement à distance et constituant un collecteur de lumière disposé sur un arc correspondant à l'arc de déplacement de la seconde région et dont chacun répond séparément à la lumière lorsque la seconde région se trouve dans une position correspondante, et des seconds moyens de transmission permettant de transmettre lessignaux provenant de chacun des détecteurs en direction d'une zone d'affichage décalée par rapport à l'emplacement à distance, ces moyens de transmission délivrant des signaux indiquant la position de l'organe mobile conformément à la réponse d'un détecteur correspondant à la position de la seconde région. Ci-après on va expliciter de façon détaillée la pré- sente invention à l'aide d'un exemple, en se référant au dessin annexé formé d'une seule figure qui est une représen- tation schématique en perspective montrant un indicateur de position construit conformément à l'invention et utilisé dans un réacteur nucléaire. Sur le dessin, on a représenté schématiquement une partie d'un système de réacteur nucléaire qui comporte un caisson sous pression, dont une partie est repérée par la référence 31. On a également représenté une partie 33 d'une canalisation pour le fluide primaire de refroidisse- ment à l'intérieur du caisson 31. tn organe mobile ou un volet de vanne 17 est monté sur un arbre 35 qui traverse la canalisation 33. Lorsque le volet 17 pivote autour de-l'axe 19 de l'arbre 35, la canalisation peut être fermée ou ouver- te comme cela est requis pour régler le débit du fluide pri- maire de refroidissement circulant dans la canalisation. A chacune de ses extrémités, l'arbre est monté dans des paliers appropriés 37 fixés dans la paroi de la canalisation 33. Des dispositifs appropriés de commande, non représentés, sont utilisés pour faire pivoter l'arbre 35 en vue de posi- tionner le volet 17 comme on le désire. L'indicateur de position conforme à l'invention est utilisé pour déterminer de façon précise la position du volet 17 de la vanne. L'indicateur de position comporte une source de lumière 11 qui peut être de tout type approprié, comme par exemple une ampoule électrique. La lumière prove- nant de la source 11 pénètre dans l'extrémité 39 d'un fais- ceau 13 de fibres optiques. Le faisceau 13 de fibres optiques constitue les premiers moyens de transmission mentionnés pré- cédemment et traverse une ouverture appropriée 41 ménagée dans la paroi du caisson sous pression 31. Le faisceau 13 possède une configuration lui permettant de diriger la lumiè- re depuis la source 11 vers un emplacement qui est aligné avec l'arbre 19 à l'intérieur du caisson 31. Par conséquent l'extrémité intérieure 43 du faisceau 13 est alignée axiale- ment avec l'axe 19 et l'arbre 35. Une lentille 45 est disposée au voisinage de l'extré- mité 43 du faisceau 13 et focalise la lumière transmise par les fibres optiques constituant le faisceau 13, comme cela est décrit ci-dessous. La lumière rencontre un réflecteur 21 au niveau d'une surface de ce dernier tournée vers la len- tille 45. Dans la forme de réalisation représentée, le ré- flecteur 21 est constitué par un prisme possédant deux surfa- ces réfléchissantes 47 et 49. Ces surfaces sont disposées de manière à obliger la lumière pénétrant dans le prisme à tom- ber sur la surface 47 en une première région 15. A partir de la région 15, qui est alignée sur l'axe 19, la lumière est réfléchie à 90 vers le haut vers une seconde région 23 située sur la surface réfléchissante 49. Sur cette surface, la lumière est à nouveau réfléchie à 90 vers l'extérieur de 2 476302 sorte que le faisceau de lumière focalisé par la lentille subit une rotation complète de 1800. La combinaison de la lentille 45 et du prisme 21 est telle que le faisceau de lumière réfléchi par le pris- me est focalisé en un point dont la taille est égale ou légèrement inférieure à la surface en coupe transversale des fibres optiques situées dans un faisceau de retour 27, comme cela va être explicité ci-après. La région 23, d'oû la lumiè- re est réfléchie dans le prisme 21, est décalée radialement de la région 15 par rapport à l'axe 19. Le prisme 21 est monté sur l'extrémité de l'arbre 35 et pivote lorsque ce dernier pivote. Par conséquent la région 23 se déplace sui- vant un arc de courbe autour de l'axe 19 conformément à la position du volet 17 de la vanne. Le faisceau de lumière rencontrant le prisme 21 est par conséquent dirigé parallè- lement à l'axe 19 et est décalé radialement de ce dernier sur une distance fixe. Les seconds moyens de transmission 27 ou le faisceau de retour se composent de plusieurs fibres optiques 51, dont les extrémités 25 sont portées par un bloc 53 selon un ré- seau disposé suivant un arc de courbe correspondant au tra- jet de déplacement en forme d'arc de courbe de la région 23. Le faisceau lumineux provenant du prisme 21 aligné avec la région 23 rencontre les extrémités 25 des fibres optiques. 51 en fonction du déplacement du prisme 21 et, par conséquent, en fonction du déplacement du volet 17 de la vanne. De ce fait, en fonction de l'emplacement de son extrémité 25, cha- que fibre optique transmettant la lumière répondra à l'impact de la lumière et transmettra en elle-même cette lumière depuis le prisme 21. Cette lumière est ensuite transmise dans le faisceau 27 jusqu'à un emplacement à l'extérieur du caisson 31. Le faisceau 27 de fibres optiques traverse la paroi du caisson 31 au niveau d'une ouverture appropriée 55. En raison de la focalisation de la lentille 45, seule une fibre optique unique 51 répond à la position du volet, hormis lors du pas- sage de la lumière focalisée d'une fibre à une fibre voisine. Après avoir traversé le caisson sous pression, les fibres optiques 51 se terminent par des extrémités 57 au niveau d'une zone d'affichage 29. Dans la forme de réalisation représentée, les extrémités 57 se terminent dans un bloc 59 réalisé sous la forme d'un ensemble linéaire vertical. Cela est représenté, le volet 17 étant dans la position verticale ou d'ouverture maximum, la fibre 51, qui est la plus haute de toutes les fibres, indique à son extrémité 57 une telle position et ceci correspondrait à l'extrémité de fibre 25 qui est la plus éloignée sur la droite du dessin. On peut voir que, lorsque l'arbre 25 fait pivoter le prisme 21, les fibres optiques provoquent individuellement l'éclairement des extrémités 55 dans l'ordre descendant au fur et à mesu- re de la fermeture croissante de l'organe mobile 17. Le bloc 57 peut être disposé de façon appropriée sur un tableau de commande du réacteur. Dans la forme de réalisation représentée, l'inven- tion est utilisée en liaison avec une vanne à un seul volet. Cependant la présente invention pourrait être utilisée pour contrôler des volets multiples indépendamment les uns des autres, plutôt qu'un seul volet, comme représenté. Selon une autre variante de réalisation, il est possible d'utili- ser un disque de masquage perforé de manière à envoyer un signal de code de gris, entre le prisme 21 et les extrémi- tés 25 recevant la lumière. De cette manière il est possible de réduire le nombre requis de fibres optiques. Un tel dis- positif est décrit d'une manière générale dans le document "Process Instruments and Controls Handbook" (Manuel concer- nant les instruments et organes de commande pour processus) de Considine, pages 17-72, paragraphes 2 et 3. Selon une autre forme de réalisation de la présente invention, les extrémités 25 peuvent être remplacées par des photodiodes, des conducteurs électriques appropriés remplaçant les fibres optiques 51. Les extrémités 57 au niveau de la zone d'affichage peuvent alors être formées par des diodes photoémissives excitées par le courant pro- duit par les photodiodes. Par conséquent on peut voir que la présente inven- tion permet le contrôle de la position de l'organe mobile, sans qu'il soit nécessaire de faire passer de quelconques pièces à déplacement mécanique à travers le caisson du réacteur. REVENDICATIONS 1. Indicateur de position permettant la détection et l'indication de la position d'un organe (17) situé à distan- ce et mobile autour d'un axe (19), caractérisé en ce qu'il comporte une source de lumière (11), des premiers moyens de transmission (13) permettant de diriger de la lumière depuis la source de lumière en direction d'une première région (15) située au niveau de l'emplacement à distance et aligné avec l'axe de l'organe mobile, un réflecteur (21) situé à l'emplacement à distance en vue de renvoyer la lumière arri- vant sur la première région en direction d'une seconde région (23) décalée radialement vis-à-vis de la première région par rapport à l'axe de l'organe mobile, et pouvant être déplacé' en réponse et conformément à un déplacement de l'organe mobile autour de son axe, de telle manière que la seconde région se déplace suivant un arc de courbe par rapport à la première région conformément au déplacement de l'organe mobile autour de son axe, plusieurs détecteurs (25) situés au niveau de l'emplacement à distance et constituant un collecteur de lumière disposé suivant un arc correspondant à l'arc de déplacement de la seconde région et dont chacun est apte à répondre individuellement à la lumière lorsque la seconde région se trouve dans une position correspondante, et des seconds moyens de transmission (27) permettant de transmettre des signaux provenant de chacun des détecteurs en direction d'une zone d'affichage (29) décalée par rapport à l'emplacement à distance, lesdits moyens de transmission délivrant des signaux indiquant la position de l'organe mobile conformément à la réponse d'un détecteur correspon- dant à la position de la seconde région. 2. Indicateur de position selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des détecteurs 25 possèderespec- tivement une extrémité d'une fibre d'un faisceau de fibres optiques (51) et que lesdits seconds moyens de trans- mission (27) incluent ledit faisceau de fibres optiques s'étendant depuis l'emplacement à distance jusqu'à la zone d'affichage. 3. Indicateur de position selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des détecteurs (25) comporte une photodiode et que les seconds moyens de transmission (27) comportent plusieurs conducteurs dont chacun correspond à l'une des photodiodes. 4. Indicateur de position selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réflecteur comporte un prisme (21) monté de manière à pouvoir pivoter autour de l'axe de l'organe mobile. 5. Indicateur de position selon la revendication 2, caractérisé en ce que les extrémités des faisceaux de fibres optiques situées en face des détecteurs sont disposées dans un panneau d'affichage (59) dans un ordre correspondant à la position de l'organe mobile. 6. Indicateur de position selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, destiné à être utilisé dans un système de réacteur nucléaire possédant un caisson sous pression, caractérisé en ce que l'organe mobile (17) situé à distance, les première et seconde régions (15, 23), le réflecteur (21) et les détecteurs (25) sont disposés dans le caisson (31), et que la source de lumière (11) et la zone d'affichage (29) sont situées à l'extérieur du caisson (31). 7. Indicateur de position selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'organe mobile est monté sur un arbre (35), correspondant à son axe et que le réflecteur est monté sur ledit arbre.