Brevet FR2512549A1 — publié le 19830311

La présente invention a pour objet un disposi- tif de détection et de mesure des variations de la hau- teur du niveau libre d'un liquide et plus particulière- ment d'un liquide contenu dans une enceinte fermée sous pression, par exemple dans la cuve d'un réacteur nu- cléaire à eau sous pression. Il existe à l'heure actuelle différentes tech- niques permettant de mesurer la hauteur du niveau libre d'un liquide contenu dans une enceinte sous pression. Une première méthode utilise couramment un indicateur de niveau par manomètre différentiel dont les tubes de liaison sont horizontaux et placés à des hauteurs diffé- rentes Le principal défaut de ce dispositif est que le tube de liaison supérieur est continuellement rempli d'un mélange du liquide et de sa vapeur dû à l'ébulli- tion partielle dans le tube de liaison, même lorsque le niveau dans l'enceinte baisse, ce qui introduit des er- reurs de mesure Une autre méthode consiste à placer, au voisinage de la paroi de l'enceinte et extérieurement à celle-ci, un certain nombre de sources radioactives pla- cées à des hauteurs différentes et un certain nombre de détecteurs généralement diamétralement opposés à ces sources: la comparaison des indications données par les différents détecteurs permet de déterminer la hauteur de la surface libre du liquide Cette dernière solution né- cessite un appareillage complexe et augmente donc nota- blement le coût des installations. La présente invention a justement pour objet un dispositif qui remédie à ces inconvénients en étant sim- ple à installer et qui présente une grande sûreté de fonctionnement. Selon la principale caractéristique du dispo- sitif objet de l'invention, le liquide étant contenu dans une enceinte fermée sous pression, ce dispositif comporte: un premier tube ou "tube court", disposé verticale- ment, dont l'extrémité inférieure débouche dans l'en- ceinte au voisinage de la paroi supérieure de celle-ci et dont l'extrémité supérieure débouche, à l'extérieur de l'enceinte, dans un premier récipient ou "pot de condensation", un deuxième tube ou "tube long" ayant une extrémité inférieure débouchant dans l'enceinte à un niveau in- férieur à celui du tube court et munie d'une garde hydraulique afin que le tube long reste constamment rempli de liquide lorsque le niveau de celui-ci dans- l'enceinte descend au-dessous de l'extrémité infé- rieure du tube long et une extrémité supérieure débou- chant dans un deuxième récipient ou "pot de condensa- tion", le tube long et le deuxième pot de condensation étant ainsi constamment remplis de liquide, et un manomètre différentiel permettant de mesurer la différence de pression entre le premier et le deuxième pots de condensation. Dans une première variante de réalisation de ce dispositif, le tube long et le tube court sont éloignés l'un de l'autre, les deux pots de condensation étant de dimensions voisines et situés sensiblement dans un même plan horizontal. Selon une autre variante de réalisation, le tu- be long est disposé à l'intérieur du tube court et du premier pot de condensation, le deuxième pot de conden- sation étant placé au-dessus du premier. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va sui- vre, donnée à titre d'exemple purement illustratif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique représen- tant une première variante de réalisation du dispositif dans laquelle le tube court et le tube long sont éloi- gnés l'un de l'autre, et la figure 2 est une vue schématique d'un deuxième mode de réalisation dans lequel le tube long est placé à l'intérieur du tube court et concentrique- ment à celui-ci. La figure 1 montre une enceinte 1 partiellement remplie d'un liquide 2 et fermée à sa partie supérieure par une paroi supérieure ou un couvercle 4 Un premier tube ou "tube court" 6 degrosdiamètreestdieposéverticalement au-dessus de l'enceinte 1 et l'extrémité inférieure 8 ' du tube 6 débouche à l'intérieur de la cuve dans la partie supérieure de celle-ci, au voisinage du couvercle 4. L'extrémité supérieure 10 du tube court 6 débouche à l'intérieur d'un premier récipient ou "pot de condensa- tion" 11, à une hauteur 1 au-dessus du fond de celui-ci. Un deuxième tube ou "tube long" 12, vertical dans l'exemple décrit ici, plonge à l'intérieur de la cuve 1 et son extrémité-inférieure 14 débouche dans celle-ci à un niveau nettement inférieur à celui o débouche l'ex- trémité 8 du tube court 6 L'extrémité inférieure 14 du tube 12 est munie d'une garde hydraulique 15 qui, dans l'exemple décrit ici, est constituée par un godet Ce dispositif permet au tube 12 et au deuxième récipient 18 de rester constamment remplis de liquide même si le ni- veau libre de celui-ci dans la cuve 1 descend au-dessous du godet 15: la pression du gaz régnant dans l'enceinte appuie sur la surface libre du liquide contenu dans le godet et empêche de ce fait la vidange du tube 12 L'ex- trémité supérieure 16 du tube 12 débouche dans un deuxième récipient ou pot de condensation 18, sensible- ment de même dimension que le premier pot de condensa- tion 11, et situé dans le même plan horizontal que celui-ci Un manomètre différentiel 20 permet de connaï- tre à tout instant la différence entre la pression PB qui règne dans le premier pot de condensation 11 et la pression PA qui règne dans le deuxième pot de condensa- tion 18 Deux canalisations 21 et 22, munies de vannes d'isolement 23 et 24, relient le manomètre 20 aux pots de condensation 11 et 18 respectivement La figure montre encore deux vannes 26 et 27 servant à purger les condui- tes 21 et 22 ainsi qu'une vanne 30 permettant de by- passer le manomètre 20 Les canalisations 21 et 22 dé- bouchent dans le fond des récipients 11 et 18 o se situent les points de prise de pression Dans cette va- riante, il est intéressant que les fonds des pots de condensation soient dans un même plan horizontal car, lorsque la cuve 1 et le tube court 6 sont remplis de liquide, on a: PB-PA= 0. Le fonctionnement de l'appareil est le sui- vant: si l'on prend comme plan de référence le plan horizontal correspondant à l'extrémité inférieure 14 du tube long 12 et si l'on désigne par x la hauteur du niveau libre du liquide 2 au-dessus de ce plan de réfé- rence, la différence de pression PB-PA est donnée par la formule: B PA = Pgx + pg (L+l) avec: p = masse volumique du liquide; g = accélération de la pesanteur; L = hauteur du tube long, comptée en- tre sa partie inférieure 14 et le fond du deuxième pot de condensation 18; 1 = dénivellation entre la partie supérieure du tube court 6 et le fond du premier pot de condensation 11. Ainsi, lorsque le niveau de la surface libre du liquide 2 est situé entre le plan de référence et la partie supérieure de la cuve, ou à l'intérieur du tube court 6, la différence de pression P-P varie linéaire- ment en fonction inverse de la hauteur x de liquide. Lorsque la surface libre du liquide dans le tube 6 at- teint l'extrémité supérieure 10 de ce tube, la différen- ce de pression PB-PA s'annule car x = L+ 1 et les points o l'on prend ces pressions sont situés dans un même plan horizontal à l'intérieur d'une seule et même masse liquide. Lorsque la surface libre du liquide 2 descend en-dessous de l'extrémité inférieure 14 du tube long 12, et quelle que soit la hauteur du liquide, la différence de pression PB-PA est constante et non nulle car la gar- de hydraulique 15 empêche le tube long 12 et le deuxième pot de condensation 18 de se vider. Au départ, lorsque la cuve 1 et le tube 6 sont entièrement remplis de liquide jusqu'à un niveau égal ou supérieur à celui de l'extrémité supérieure 10 du tube 6, la différence de pression P -PA est nulle En cas de fuite accidentelle dans la cuve 1, il y a apparition d'un niveau libre à la partie supérieure de celle-ci et le tube 6 se vide aussitôt: le fait qu'il soit vertical facilite la descente du liquide et empêche qu'il soit bouché par une éventuelle condensation de la vapeur du liquide 2 Le manomètre détecte alors une brusque aug- mentation de la pression différentielle PB-PA et peut éventuellement déclencher une alimentation de secours 17 par l'intermédiaire d'un système d'asservissement. Inversement, lors du remplissage de la cuve, le manomè- tre peut agir pour arrêter l'alimentation dès que la différence PB-PA s'annule à nouveau La garde hydrauli- que 15 équipant l'extrémité inférieure 14 du tube long 12 maintient ce dernier constamment rempli de liquide lorsque le niveau de celui-ci dans l'enceinte descend au-dessous du plan de référence: ceci permet d'avoir une indication de pression différentielle constante (la différence PB-PA n'étant pas nulle) tant que le niveau libre du liquide dans l'enceinte est en-dessous de l'ex- trémité inférieure du tube long Si celui-ci se vidait, on aurait une différence de pression nulle, et on ne saurait plus si l'enceinte est remplie ou partiellement vide. La figure 2 illustre une variante dans laquelle le tube court et le tube long ne sont pas séparés comme dans la figure 1, mais au contraire disposés concentri- quement l'un par rapport à l'autre Sur cette figure, on voit à la partie supérieure de la cuve 1 le tube court 32 dont le diamètre est supérieur au diamètre du tube 6 de la figure 1 Le tube court 32 débouche dans un premier pot de condensation 34 On voit également le tube long 36, débouchant toujours dans la cuve à un niveau infé- rieur à celui o débouche le tube 32, mais placé à l'in- térieur de celui-ci et concentriquement Le tube long 36 traverse donc le tube 32 ainsi quelepremierpotde condensation 34 et son extrémité supérieure débouche à l'intérieur d'un deuxième pot de condensation 38 situé au-dessus du premier. Le principe de fonctionnement de cette variante est le même que celui de la variante décrite en référen- ce à la figure 1, mais il y a lieu de remarquer que, lorsque la cuve et le tube 32 sont remplis de liquide, la différence de pression PB-PA est constante mais elle n'est pas nulle, car les points de prise de pression ne sont pas situés dans un même plan horizontal d'une même masse liquide Cependant, il est toujours possible de déclencher une alarme en asservissant le manomètre pour la valeur critique de la pression différentielle corres- pondant au remplissage du tube 32 Dans cette variante, lorsque le niveau de la surface libre du liquide 2 dans la cuve 1 descend en-dessous du plan de référence, la différence PB-PA est encore constante, mais différente de la pression différentielle correspondant au remplis- sage du tube 32 Il est donc encore possible d'asservir l'alimentation de la cuve en prenant en compte les deux valeurs critiques de la pression différentielle. On voit donc que le dispositif selon l'inven- tion présente plusieurs avantages particulièrement in- téressants Tout d'abord, il est d'une construction sim- ple et peu coûteuse et le fait que le tube court 6 soit vertical évite les erreurs de mesures dues à un éventuel bouchage de celui-ci par de la vapeur condensée D'autre part, le fait que le tube long soit muni d'une garde hydraulique lui permettant de rester constamment rempli de liquide fait que la différence de pression P est constante et non nulle lorsque le niveau du liquide dans la cuve 2 descend au-dessous du plan de référence: il est donc alors facile de savoir quand la cuve est pleine et quand elle est partiellement vidée On peut ainsi mettre en route ou arrêter une alimentation extérieure ou déclencher une alarme sur indication du manomètre. En outre, la disposition d'un pot de condensa- tion à la verticale du tube long permet de recondenser la vapeur qui s'y forme lors de la dépressurisation ac- cidentelle de l'enceinte, évitant ainsi des variations de masse volumique dans le tube qui pourraient perturber la mesure de la pression. Il est bien entendu que l'invention ne se limi- te pas aux seuls exemples qui viennent d'être décrits mais qu'on peut envisager des variantes sans sortir pour autant du cadre de l'invention C'est ainsi que, si le tube court 6 est toujours vertical, il n'est pas néces- saire que le tube long le soit aussi, bien que ce soit, comme on vient de l'expliquer,la solution la plus simple et la plus intéressante D'autre part, la garde hydrau- lique permettant à ce dernier d'être constamment rempli de liquide a la forme d'un godet dans les deux exemples qui ont été décrits, mais on peut envisager d'autres modes de réalisation comme par exemple de donner une forme recourbée à l'extrémité inférieure du tube long. REVENDICATIONS 1 Dispositif de détection des variations de la hauteur du niveau libre d'un liquide ( 2) contenu dans une enceinte fermée ( 1) caractérisé en ce qu'il com- prend: un premier tube ou "tube court" ( 6), disposé vertica- lement, dont l'extrémité inférieure ( 8) débouche dans l'enceinte ( 1) au voisinage de la paroi supérieure ( 4) de celle-ci et dont l'extrémité supérieure ( 10) débou- che, à l'extérieur de l'enceinte ( 1), dans un premier récipient ou "pot de condensation" ( 11), un deuxième tube ou "tube long" ( 12) ayant une extré- mité inférieure ( 14) débouchant dans l'enceinte ( 1) à un niveau inférieur à celui du tube court ( 6) et munie d'une garde hydraulique ( 15) afin que le tube long ( 12) reste rempli de liquide lorsque le niveau de ce- lui-ci dans l'enceinte ( 1) descend au-dessous de son extrémité inférieure ( 14) et une extrémité supérieure ( 16) débouchant dans un deuxième récipient ou pot de condensation ( 18), le tube long ( 12) et le deuxième pot de condensation ( 18) étant constamment remplis de liquide, et un manomètre différentiel ( 20) permettant de mesurer la différence de pression entre le premier et le deu- xième pot de condensation. 2 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le tube court ( 6) et le tube long ( 12) sont éloignés l'un de l'autre, le premier et le deuxième pots de condensation étant de dimensions voisines et si- tués sensiblement dans un même plan horizontal. 3 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le tube long ( 36) est disposé à l'inté- rieur du tube court ( 32) et du premier pot de condensa- tion ( 34), le deuxième pot de condensation ( 38) étant placé au-dessus du premier.