Brevet FR2514888A1 — publié le 19830422

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de dé- termination de la forme de la paroi interne d'un tube, notamment au niveau d'une soudure. Il existe dans l'industrie de nombreux dispositifs comprenant des tubes soumis à des contraintes mécaniques importantes Il en est par exem- ple ainsi des tubes constituant le circuit eau-vapeur des générateurs de vapeur du type sodium-eau Dans de tels générateurs de vapeur, les tubes sont disposés en faisceaux relativement denses, comportent de nombreuses sou- dures ainsi que divers coudes et sont soumis à des contraintes thermiques relativement grandes La vérification de l'état des tubes, notamment au ni- veau des soudures, peut être par conséquent une opération relativement déli- cate à effectuer sur des installations en cours de fabrication ou lors de la maintenance. Comme l'examen visuel de la forme extérieure d'un tube n'est pas suffisant pour être sûr de la qualité d'une soudure, il a été déjà proposé d'effectuer des examens par rayons X, mais ceux-ci ne permettent que la vé- rification de la compacité de la soudure, c'est-à-dire permettent de véri- fier que la soudure ne comporte pas de fissures internes Par un examen aux rayons X on ne peut guère déterminer avec précision la forme extérieure de la soudure Par ailleurs, il est parfois impossible d'amener des appareils radiographiques, vu leur encombrement, au niveau du tube à vérifier lorsque celui-ci est déjà monté dans une installation. Pour ces raisons la demanderesse a été amenée à imaginer un nouveau procédé de détermination de la forme de la paroi interne d'un tube, basé sur le principe d'une analyse dimentionnelle directe de cette paroi interne à l'aide d'un appareil que l'on peut introduire par une extrémité du tube et que l'on peut amener, sur des distances parfois assez longues, au niveau exact de la partie du tube que l'on veut contrôler. La détermination de la forme de la paroi interne du tube doit pou- voir permettre, dans certains cas, la détermination et éventuellement le tra- cé du contour du tube selon toute section établie dans un plan longitudinal ou radial du tube Elle doit pouvoir en conséquence permettre de définir tou- tes les caractéristiques dimentionnelles du tube, par exemple, son diamètre moyen, son degré d'ovalisation ou de déformation Des mesures successives ef- fectuées selon l'invention au cours de la vie du tube pouvant donnerpar 14888 exemple, son usure interne par oxydation, son agrandissement du fait de la pression qui règne à l'intérieur du tube lors de son utilisation, sa défor- mation due aux supports, etc Selon une caractéristique essentielle de ce procédé de détermina- tion de la forme de la paroi interne du tube, notamment au niveau d'une sou- dure, il est prévu de disposer dans le tube un dispositif de mesure permet- tant de relever la distance séparant un point donné situé sur la paroi in- terne du tube et l'axe longitudinal de ce tube, le dispositif de mesure étant déplaçable dans le tube de façon à relever les cotes successives dudit point du au cours de son déplacement, le mouvement/dispositif de mesure étant tel que le point ainsi mesuré se déplace longitudinalement selon un mouvement alter- natif sur une distance constante, égale à la longueur du tronçon de tube que l'on veut contr 8 ler, et se déplace, simultanément à ce mouvement alter- natif, en rotation lente autour dudit axe longitudinal, le relevé des mesu- res étant achevé lorsque le point mesuré a effectué au moins un tour com- plet dans le tube. La présente invention concerne aussi le dispositif de détermination de la forme de la paroi interne du tube qui comporte les moyens mécaniques de déplacement de l'appareil de mesure conforme audit procédé, ce dispositif de- vant être en outre agencé de façon qu'il puisse être enfilé et déplacé lon- gitudinalement à l'intérieur de ce tube sans se bloquer dans les parties courbes du tube, s'il en existe. Selon une autre caractéristique essentielle de l'invention, ce dis- positif de détermination de la forme de la paroi interne d'un tube comprenant un ensemble moteur-réducteur entraînant en rotation un arbre sur lequel sont montésune came et un pignon d'entrée d'un train réducteur, une pièce mobile portant un dispositif de mesure du rayon du tube en un point donné, ladite pièce mobile étant à la fois accouplée au pignon de sortie du train réduc- teur, afin de tourner lentement autour de l'axe longitudinal et étant en con- tact avec la came afin de se déplacer simultanément selon un mouvement alter- natif longitudinal, et comprenant d'autre part une tige flexible destinée à déplacer l'appareil de prise de mesure longitudinalement dans le tube, ainsi qu'un appareil de lecture des mesure s, connu en soi, situé à l'extérieur du tube et relié au dispositif de mesure par l'intermédiaire de liaison électri- que. Le dispositif conforme à la présente invention peut être utilisé pour déterminer la forme de la paroi intérieure d'un tube, non seulement au niveau d'une soudure mais aussi en n'importe quel point du tube dont on veut déterminer la forme géométrique, par exemple afin de vérifier qu'il n'a pas été soumis à des contraintes mécaniques anormales ou à une corrosion. D'autres avantages propres à cette invention apparaîtront lors de la description détaillée de l'exemple de réalisation qui va suivre, il- lustrée par les figures annexées. La figure 1 est une coupe longitudinale d'un appareil de prise de mesure selon la présente invention, disposé à l'intérieur du tube à contrô- ler. La figure 2 représente en coupe longitudinale la liaison entre l'appareil de prise de mesure et l'extérieur. La figure 1 montre d'une façon générale un tube 1 à l'intérieur duquel est disposé un ensemble de mécanismes que nous décrirons par la sui- te, ce tube 1 étant formé de deux tronçons assemblés bout à bout par sou- dure Le cordon de soudure représenté ici forme un anneau qui fait tout le tour du tube et qui peut présenter certaines irrégularités de forme Dans l'exemple de réalisation décrit ici un appareil de prise de mesure est dis- posé à l'intérieur du tube de façon à analyser la forme de la paroi interne de ce tube au niveau de la soudure 2, 3 C'est dans cette région que peut se produire le plus souvent des défauts La soudure peut par exemple pré- senter un bourrelet comme représenté en 2 ou un défourni comme représenté en 3 Le procédé de détermination de la forme du tube 1 consiste à effec- tuer un grand nombre de mesures en différents points du tube, dans la ré- gion à contrôler, ces mesures consistant à déterminer la distance séparant un point donné de la paroi interne du tube et l'axe 4 Dans l'exemple de ré- alisation la mesure de cette distance est effectuée à l'aide du palpeur 5 relié à une pièce 6 dont l'axe reste confondu, quel que soit son mouvement, avec l'axe longitudinal 4 du tube Lors du fonctionnement de l'appareil, la pièce 6 se déplace longitudinalement de façon que le palpeur 5 soit mis con- tinuellement en contact avec la paroi interne du tube 1 en se déplaçant lon- gitudinalement de façon alternative entre les postions extrêmes 5 a et 5 b. simultanément à ce mouvement alternatif longitudinal la pièce 6 tourne len- tement sur e Ue-même autour de l'axe 4 et entra Ine donc une rotation équiva- lente du palpeur 5 Pour chacun des déplacements aller ou retour du palpeur entre les positions 5 a et 5 b, celui-ci tourne d'une faible fraction de tour. En cours de fonctionnement, le palpeur 5 effectue donc un grand nombre d'al- ler et retour entre les positions 5 a et 5 b avant d'effectuer un tour complet dans le tube Si nous effectuons un tracé développé de la face interne du tube, il est possible de représenter, comme cela a été fait sur la figure 1, le chemin 7 que suit le palpeur 5 sur la surface interne du tube et qui peut être approximativement celui d'une sinusoïde d'amplitude égale à la distance séparant les positions longitudinales extrêmes 5 a, 5 b et de période égale au déplacement angulaire du palpeur lorsque celui-ci a effectué un déplacement longitudinal d'aller et de retour Le palpeur 5 délivre continuellement un signal représentant la distance qui le sépare de l'axe 4, ce signal est transmis à l'extérieur du tube par l'intermédiaire d'un cable qui s'étend à l'intérieur du tube pour ressortir à l'une de ses extrémités pour être branché sur un appareil de lecture de la mesure donnée par le palpeur 5 Pour obtenir la détermination de la forme de la paroi interne du tube, il faut donc relever les indications de distance fournies par le palpeur en une mul- titude de points situés sur le chemin 7 que suit ce palpeur, pendant tout le temps que met le palpeur pour effectuer un tour complet à l'intérieur du tube. Dans l'exemple de réalisation qui est représenté en figure 1, la mesure de la distance séparant le palpeur de l'axe 4 s'effectue en réalité à l'aide de la lame piézo-électrique 8 qui relie la pièce mobile 6 au pal- peur 5, et qui délivre, d'une facon connue une charge électrique proportion- nelle au déplacement de son extrémité qui supporte le palpeur 5 par rapport à la pièce 6 Cette charge électrique est transmise vers l'extérieur par l'intermédiaire d'un câble électrique 9. Nous allons maintenant décrire le dispositif mécanique qui permet de générer le mouvement complexe de la pièce mobile 6 qui imprime au palpeur son mouvement selon un chemin 7 sensiblement sinusoïdal Le dispositif comprend pour cela, tout d'abord un moteur 10 qui est accouplé à un réducteur 11 dont l'arbre de sortie qui tourne assez lentement est accouplé à l'arbre 12 par l'intermédiaire d'un joint de cardan classique 13, 14, 15 L'ensem- ble moteur-réducteur 10, 11 sont maintenus rigidement, lors du fonctionne- ment de l'appareil, à la fois longitudinalement et angulairement à l'aide des pièces 16, 17, 18, 19 qui forment des supports pour l'ensemble moteur- et réducteur et pour l'arbre 4/qui exercent à l'intérieur du tube une friction suffisante pour éviter leur déplacement pendant la mesure Sur l'arbre ro- tatif 12 sont montés rigidement deux pièces 20 et 21 La pièce 20 qui est donc entraînée en rotation supporte une came cylindrique 28 qui provoque, lors de sa-rotation, le déplacement longitudinal alternatif de la pièce 6 qui comporte une partie qui a une forme complémentaire à la forme de la came 28 de la pièce 20 Par ailleurs, la pièce 21 qi est montée rigidement sur l'arbre rotatif 12 est constitué d'un porte-satellite qui entrine en 2 514888 rotation les axes des satellites 24 et 25 Ces satellites 24 et 25 sont liés rigidement en rotation Le satellite 25 est en prise avec une roue dentée fixe 29 et le satellite 24 est en prise avec une roue dentée 26 re- liée à une pièce 27 Les roues dentées 29 et 26 ont un nombre de dents lé- gèrement différents, et l'ensemble de train épicycloldal 24, 25, 26 et 29 fonctionne par conséquent, de façon connue, comme un réducteur dont l'en- trée est constituée par le porte-satellite 21 et la sortie, dont le mouve- ment est réduit, est constituée par la roue dentée 26 La pièce 27 qui tour- ne donc beaucoup plus lentement que la roue 12 comporte une rainure longi- tudinale 30 dans laquelle vient s'engager un pion 22 qui est relié à la pièce mobile 6 La pièce mobile 6, outre son mouvement longitudinal alter- natif généré par lacame 28, tourne donc simultanément à la même vitesse que la pièce 27 Le palpeur 5 qui est relié à la pièce 6 est par conséquent ani- mé du mouvement longitudinal alternatif associé aux mouvements de rotation lente, et suit donc un chemin qui peut s'apparenter à une sinusolde 7 le long de la paroi interne du tube, en restant toujours en contact avec cette paroi du tube. Sur la figure 2, on a représenté un ensemble d'éléments qui permet- tent de faire communiquer l'appareil de prise de mesure avec l'extérieur. L'appareil de mesure est déplacé à l'intérieur du tube 1 à l'aide d'une tige flexible 31 dont la longueur est de préférence supérieure à la longueur du tube Les extrémités de la tige 31 sont fixées d'une part en 33 sur ltappa- reil extérieur 32 servant à la lecture et l'interprétation du-signal, et d'autre part en 34 sur l'appareil de prise de mesure Sur toute la longueur du tube flexible 31, il est préférable de fixer des olives de guidage 35 ré- gulièrement espacées A l'intérieur de la tige flexible 31 on fait passer le câble électrique 9 provenant de la lame piézo-électrique 8 ainsi que di- vers câbles de commande et de fourniture en énergie électrique pour le mo- teur 10. Comme il est difficile de repérer la position exacte de l'appareil de prise de mesure lorsqu'il est introduit dans le tube 1, il est possible d'adapter, sur l'extrémité de l'appareil de prise de mesure, un élément fixe longitudinalement par rapport à l'appareil, permettant de localiser avec pré- cision l'appareil à l'aide d'un détecteur approprié, situé à proximité du tube Cet élément peut être par exemple un aimant, le détecteur étant alors un détecteur magnétique Cet élément peut être aussi un élément radio-actif, le détecteur étantalors un détecteur de radio-activité. Le joint de cardan 13, 14 et 15 permet d'éviter le coincement de D 14888 l'appareil lors de son enfilage dans le tube au passage des coudes. L'appareil extérieur 32, servant à la lecture et à l'interpré- tation des signaux provenant de l'appareil de mesure, peut comprendre, de préférence, essentiellement, un convertisseur analogique-numérique qui transforme le signal, et un ordinateur qui traite les valeurs numériques fournies par le convertisseur L'ordinateur peut être programmé de façon à donner, à partir de ces valeurs numériques, des informations numériques permettant d'établir, par exemple, le tracé du contour de la face interne du tube, selon différentes sections établies dans des plans longitudinauxw ou desplans radiaux par rapport au tube. L'invention ne se limite pas, en ce qui concerne le dispositif, au mode de réalisation qui vient d'être décrit, elle en comporte au contrai- toutes les variantes, et l'on peut modifier les points de détails sans pour autant sortir du cadre de l'invention On peut par exemple imaginer d'au- tres dispositifs permettant de générer le mouvement sinusoïdal du palpeur; on peut aussi appliquer cette invention au contr 8 le de tubes utilisés dans des installations diverses. 14888 REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination de la forme de la paroi interne d'un tube, notamment au niveau d'une soudure, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer dans le tube un dispositif de mesure permettant de relever la distance séparant un point donné situé sur laparoi interne du tube et l'axe longitudinal de ce tube, le dispositif de mesure étant déplaçable dans le tube de façon à relever les cotes successives dudit point au cours de son déplacement, le mouvement du dispositif de mesure étant tel que le point ainsi mesuré se déplace longitudinalement selon un mouvement alternatif sur une distance constante, et se déplace simultanément en rotation lente au- tour dudit axe longitudinal, le relevé des mesures étant achevé lorsque le point mesuré a effectué au moins un tour complet dans le tube. 2. Dispositif de détermination de la forme de la paroi interne d'un tube, notamment au niveau d'une soudure, permettant d'effectuer les mesures selon le procédé de la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un appareil de prise de mesure constitué d'un ensemble moteur-ré- ducteur entrainant en rotation un arbre sur lequel est fixé rigidement une came, un train réducteur comprenant une roue d'entrée et une roue de sortie, ladite roue d'entrée étant fixée rigidement sur ledit arbre, une pièce mobi- le supportant un dispositif de mesure du rayon du tube en un point donné, ladite pièce mobile étant à la fois liée en rotation à la roue de sortie du train réducteur afin de tourner lentement autour de l'axe longitudinal, et en contact avec la came afin de se déplacer simultanément selon un mouve- ment alternatif longitudinal, qui comprend aussi une tige flexible destinée à déplacer l'appareil de prise de mesure longitudinalement dans le tube, et qu'il comprend d'autre part un appareil connu en soi de lecture des mesures relié à l'appareil de prise de mesure et situé à l'extérieur du tube. 3. Dispositif de détection de la forme de la paroi interne d'un tube selon la revendicatio N 2, caractérisé par le fait que ladite came est de forme cylindrique ( 28) et que ledit train réducteur est un train épicy- clo Tdal ( 24, 25, 26, 29) comprenant un porte-satellite ( 21), deux satelli- tes ( 24, 25) liés en rotation et engrenant respectivement avec un pignon ( 26) et un pignon ( 29) fixe en rotation et dont le nombre de dents est différent de celui du pignon ( 26), ladite roue d'entrée du pignon réducteur étant cons- titué par le porte-satellite ( 21) et ladite roue de sortie du train réducteur étant-constitué par le pignon ( 26). 4. Dispositif de détermination de la forme de la paroi interne d'un tube selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que le dispositif de mesure est constitué d'un palpeur ( 5) relié à ladite piè- ce mobile ( 6) par l'intermédiaire d'une lame piézo-électrique ( 8) délivrant une charge électrique qui est envoyée dans l'appareil de lecture situé à l'extérieur du tube par l'intermédiaire d'un câble électrique ( 9). 5 Dispositif de détection de la forme de la paroi interne d'un tube selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que le moteur réducteur ( 10, 11) entratne en rotation l'arbre ( 12) par l'intermédiaire d'un joint de cardan ( 13,-14, 15), afin de permettre à l'en- semble de l'appareil ainsi constitué un déplacement longitudinal à l'inté- rieur du tube sans risque de coincement dans les courbures du tube. 6. Dispositif de détection de la forme de la paroi interne d'un tube selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que l'appareil de prise de mesure comporte en outre un aimant ( 36) per- mettant de localiser avec précision l'appareil de mesure lorsqu'il est in- troduit dans le tube, la localisation s'effectuant à l'aide d'un détecteur- magnétique, connu en soi, disposé à l'extérieur du tube.