Brevet FR2524603A1 — publié le 19831007

L'invention a pour objet un procédé et un banc d'essai mécani- que pour le contrble du fonctionnement d'une soupape utilisée notamment dans la robinetterie d'une centrale nucléaire. Dans des installations d'accès difficile et en particulier les centrales nucléaires, il est indispensable d'être toujours sir du fonctionne- ment de la robinetterie et en particulier de l'ouverture et de la fermeture des soupapes. Les opérations de tarage classiques visent seulement à régler et contr 8 ler la pression d'ouverture des soupapes. D'autre part, on peut vérifier l'ouverture et la femeture des soupapes, mais il est préférable, même quand la soupape semble fonctionner normalement, de contrôler l'évolution au cours du temps des conditions de fonc- tionnement de façon à détecter à l'avance des défauts avant qu'ils n'aient eu des conséquences. A cet effet, on procède périodiquement à la vérification du fonc- tionnement des soupapes au moyen d'un dispositif transportable que l'on peut adapter sur l'ensemble à inspecter ou bien d'un banc d'essai sur lequel on place la soupape à vérifier après l'avoir démontée avec sa commande. C'est ainsi que, dans un dispositif connu, on mesure la vitesse du fluide circulant dans le surpresseur pour avoir une indication du débit nécessaire pour fermer les soupapes. Dans un autre dispositif connu, on mesure les valeurs électriques de la servo-commande de la robinetterie et c'est pourquoi ce dispositif s'ap- plique uniquement aux vannes à motorisation électriques. Or, le mécanisme d'une soupape étant constitué essentiellement d'une tige munie d'un clapet à une extrémité et coulissant à travers un ou plusieurs paliers, le clapet étant appliqué sur un orifice par la tension d'un ressort, il est intéressant de vérifier directement le fonctionnement de cet assemblage mécanique, c'est à dire de contr 8 ler le déplacement de la tige dans ses paliers sur toute la course prévue. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de contr 8 le uti- lisant un banc d'essai entièrement mécanique et permettant de contrôler non seulement le déplacement de la soupape mais également le déroulement du cycle ouverture-fermeture en vérifiant la proportionnalité entre la force appliquée et le déplacement. Ainsi, de façon nouvelle, l'invention permet de contrôler l'ap- titude d'une soupape à remplir sa fonction qui est de s'ouvrir pour une pres- sion donnée mais également d'évacuer le fluide avec un débit déterminé et de se refermer. Conformément à l'invention, on place la soupape à contrôler sur un banc d'essai appliquant une force d'ouverture et de fermeture de la soupa- la pe, on trace un diagramme représentatif du déplacement de la-tige de/soupape en fonction de la force appliquée et dont les coordonnées sont mesurées en permanence et l'on compare le diagramme de l'essai à un diagramme de référence pour répérer les défauts de fanctionnement selon la position de la tige de la soupape. De préférence, on effectue plusieurs cycles d'ouverture et de fermeture de la soupape avec une même vitesse de déplacement et l'on super- pose sur un même diagramme les courbes représentatives desdits cycles pour repérer les discontinuités et les manques de superposition correspondant à des défauts de fonctionnement. Il est intéressant d'effectuer plusieurs séries de cycles d'ou- verture et de fermeture de la soupape avec des vitesses différentes pour cha- que série. L'invention a également pour objet un banc d'essai mécanique pour la mise en oeuvre du procédé, comprenant un bâti de support de la sou- pape à essayer, que l'on a démontée avec son mécanisme de commande, un organe de commande du déplacement de la soupape contre l'action du ressort dans le sens d'ouverture et de fermeture de la soupape, associé à un moyen de mesure de l'effort appliqué sur la soupape,un capteur de déplacement pour la mesure de la position de la soupape et une table traçante sur laquelle sont appli- qués des signaux représentatifs du déplacement et de l'effort appliqué pour le tracé d'une courbe représentative de l'essai. Dans un mode de réalisation préférentiel, l'organe de commande du déplacement de la soupape est un vérin à simple effet relié à un circuit de fluide sous pression à deux branches l'une d'alimentation du vérin pour l'ouverture de la soupape contre l'action du ressort, l'autre de vidange pour la fermeture de la soupape sous l'action du ressort, chaque branche étant munie d'un régulateur de débit pour le réglage de la vitesse de déplacement de la soupape. L'invention va maintenant être décrite, en se référant à un mode de réalisation particulier, donné à titre d'exemple et représenté sur les dessins annexés. La figure 1 est un schéma de l'ensemble du banc d'O Esai. La figure 2 est un diagramme donnant la courbe représentative du déplacement en fonction de la force appliquée. La figure 3 donne à titre d'exemple un diagramme représentatif de plusieurs essais. La soupape, représentée schématiquement sur la figure 1, est constituée d'un corps 1 à l'intérieur duquel se déplace un clapet 11 soli- daire d'une tige axiale 12 qui coulisse dans des paliers non représentés, le clapet 11 étant appliqué par un ressort 13 contre un orifice 14 du corps 1. Après avoir été démonté, l'ensemble de la soupape est placé sur le bâti 2 du banc d'essai, dans lequel est monté un vérin 3 qui com- mande le coulissement vertical d'une tige 30 fixée sur le piston 31 et s'appuyant à son extrémité supérieure sur le clapet 11 de la soupape, par l'intermédiaire d'une plaque d'appui 21 de forme adaptée à celle du clapet. Un capteur de foree 51 mesure l'effort appliqué, dans un sens ou dans l'autre sur la tige 30 pour ouvrir et refermer le clapet 11. Dans l'exemple représenté, le vérin 3 est à simple effet, le piston 31 limitant une chambre 32 reliéepar une conduite 40 à un circuit d'alimentation 4 sur lequel est placé un accumulateur 44 de maintien de la pression, celle-ci étant réglée par un détendeur 48. Le capteur de force 51 est par exemple un dynamomètre à jauge électrique qui, par l'intermédiaire d'un conditionneur de jauge 54 envoie à une table traçante 5 des signaux représentatifs de l'effort appliqué, dans un sens ou dans l'autre, sur la tige de commande 30. D'autre part, la positon du clapet 11 est repérée par un capteur de déplacement 52 qui, par l'intermédiaire d'un amplificateur 53,,envoie à la table traçante 5 des signaux représentatifs de la position du clapet. De préférence, le vérin 3 est actionné par de l'air comprimé Le circuit d'alimentation comprend deux branches parallèles 41 et 42 permettant d'alimenter le vérin dans deux plages de débits différentes correspondant l'une à une montée lente et l'autre à une montée rapide Sur chacune des branches 41, 42 est montée un robinet 49 et un réducteur de débit 43, qui permet de régler le débit d'alimentation et par conséquent la vitesse de déplacement du vérin D'autre part, l'amplitude du déplacement est réglée par une butée 33 de réglage de la course du piston 31. L'alimentation de la chambre 32 permet donc de soulever le cla- pet 11, en s'opposant au ressort 13 qui, lorsque la pression est supprimée, rappelle le clapet en position basse en faisant descendre le piston 31 La chambre 32 se vide par l'une de deux conduites 45, 46 montées en parallèles sur la conduite 40 et correspondant l'une à un grand débit pour une descente rapide, l'autre à un faible débit pour une descente lente Sur chacune des conduites 45,46 est placée un robinet 49 et un réducteur de débit 47 qui permet de régler la vitesse de descente. A chaque cycle de montée et de descente, on mesure par le cap- teur 51 la force nécessaire à la montée du clapet et la force résistante à la descente ainsi que le déplacement de la soupape au moyen du capteur 52. Ces deux valeurs sont transformées en signaux appli udis sur la table traçante qui trace une courbe représentative du déplacement/indiqué en ordonnée en fonction de la force/lnaïquée en abscisse. Sur la figure 2, on a représenté, à tire d'exemple, une courbe représentative Celle-ci a grossièrement la forme d'un parallélogramme com- prenant deux c 8 tés sensiblement parallèles A B et C D correspondant l'un (A B) à l'ouverture de la soupape et l'autre (C D) àla fermeture. L'abscisse du point Fo à partir duquel la soupape commence à s'ouvrir donne la force de début d'ouverture de la soupape qui est définie à partir de la pression de tarage. L'écartement horizontal (e)entre les cotés A B et C D caractérise les frottements mécaniques qui prennent naissance lors du coulissement de la tige sur ses paliers. L'angle (i) d'inclinaison des cotés A B et C D par rapport à l'horizontale caractérise la raideur du ressort de la soupape. Une courbe unique tracée pour un seul essai permettrait déjà d'avoir une idée du fonctionnement de la soupape et de détecter certaines anomales Par exemple, si la force Fo de début d'ouverture ne confirme pas la pression de tarage, il peut y avoir une déterrioration de la buse entrainant une dérive dans le temps du tarage de la soupape. D'autre part, un espacement(e)important indique des frottements indésirables et un risque de blocage en position ouverture de la soupape. Ces renseignements peuvent être donnés notamment en comparant la courbe tracée à la suite d'un essai, pendant une -opération de maintenance, à la courbe initiale de la soupape neuve, ce qui permet de détecter des anoma- lies éventuelles et d'opérer, le cas échéant, une action préventive. Cependant, il est également intéressant de faire varier la vites- se de déplacement de la soupape et d'effectuer plusieurs cycles d'ouverture et de fermeture de la soupape avec la méme vitesse En outre, on peut effectuer plusieurs séries de cycles d'ouverture et de fermeture avec des vitesses dif- férentes pour chaque série. Sur la figure 3, on a représenté, à tire d'exemple, la courbe C qui correspond au fonctionnement de la soupape neuve, plusieurs courbes C 2 correspondant à des essais effectués chacun en une minute et plusieurs courbes C 3 correspondant à des essais de trois secondes En principe, on effectuera trois cycles d'ouverture fermeture avec la mime vitesse de déplacement du Clapet. On contaste que, pour chaque vitesse, les courbes de type C 2 ou C 3 se superposent plus ou moins parfaitement, cette superposition étant d'autant meilleure que la vitesse de déplacement est faible. Une mauvaise reproductivité des courbes comme celle que l'on observe en E sur les courbes C indique la présence dans l'assemblage mécanique d'im- puretés mobiles qui nécessitent un démontage et un nettoyage de la soupape. Cependant, même lorsque les courbes se reproduisent identiques à elles mêmes, elles peuvent présenter des discontinuités telles que des ventres ou des creux, comme par exemple en E' Ces discontinuités permanentes sont accep- tées lorsque l'écart par rapport à la courbe de référence C 1 reste dans les limites tolérées. D'une façon générale, on effectuera des mouvements de la tige avec des vitesses de déplacement pouvant varier de 0,1 mm/s à 2,5 mm/s Les vites- ses de déplacement lentes permettront de mettre en évidence des frottements indésirables, des points durs dans la chatne de guidage du clapet se tradui- sant par un élargissement de l'espacement(e). En revanche, les essais à vitesse de déplacement rapide simulent le fonctionnement réel de la soupape et permettent de contrôler le fonctionne- ment correct de l'amortisseur dans le cas d'une soupape amortie. La mise en oeuvre du banc d'essai est facile Tout d'abord, on règle les gains des amplificateurs, du conditionneur de jauges et de la table tra- çante, en fonction des caractéristiques des capteurs de déplacement et du dy- namomètre, ainsi que de la plage de variations prévue du déplacement et de la foreeî pour obtenir sur la table traçante une courbe de dimension voulue. On effectue ensuite un réglage de la butée du vérin à une position déterminée par la course souhaitée et un réglage des réducteurs de débit pla- cés sur les circuits d'alimentation et de vidange pour régler les vitesses de montée et de descente. La vitesse est déterminée par la mesure du temps nécessaire à la réa- lisation d'un cycle par exemple au moyen d'un chronomètre déclenché manuelle- ment ou bien par un moyen électronique. Au début de l'essai, tous les robinets 49 placés sur les deux cir- cuits d'alimentation 41,42 et les deux circuits de vidange 45 et 46 sont fer- més On ouvre le robinet 49 du circuit 42 pour un essai d'ouverture à vitesse lente réglée par le réducteur de débit 44 et quand le vérin arrive en butée, on ferme le circuit 42 et on ouvre le circuit 46 pour le mouvement descendant de fermeture de la soupape. De même, pour un essai à vitesse rapjie, les circuits 41 et 45 sont ouverts et fermés alternativement. Bien entendu, les différents robinets peuvent être ouverts et fermés manuellement ou automatiquement à l'arrivée du piston 31 en butée haute ou basse. D'ailleurs, il est bien évident que le mode de réalisation du banc d'essai n'a été donné qu'à titre d'exemple et pourrait faire l'objet de nom- breuses variantes pour ln mise en oeuvre du même procédé. REVENDICATIONS 1. Procédé de contr 6 le du fonctionnement d'une soupape carac- térisé par le fait que l'on place la soupape ( 1,11) sur un banc d'essai ( 2,3) susceptible d'appliquer une force d'ouverture et de fermeture sur la soupape, que l'on trace un diagramme représentatif du déplacement de la soupape en fonction de la force appliquée, dont les coordonnées sont mesurées en perma- nence et que l'on compare le diagramme de l'essai à un diagramme de référence (Cl) pour le repérage des défauts de fonctionnement selon les positions de la soupape. 2. Procédé de contrôle de soupape selon la revendication 1, ca- ractérisé par le fait que l'on effectue plusieurs cycles d'ouverture et de - fermeture de la soupape avec la même vitesse de déplacement et que l'on su- perpose sur un même diagramme les courbes représentatives desdits cycles pour repérer les discontinuités et les manques de superposition correspondant à des défauts de fonctionnement. 3 Procédé de contr 8 le de soupape selon la revendication 2, ca- ractérisé par le fait que l'on effectue plusieurs séries de cycles d'ouver- ture et de fermeture de la soupape avec des vitesses différentes pour chaque série. 4. Banc d'essai mécanique de soupape constituée d'un clapet ( 11) solidaire d'une tige ( 12) et coulissant à l'intérieur d'un corps ( 1) sous l'action d'un mécanisme de commande à ressort ( 13), caractérisé par le fait qu'il comprend un bati ( 2) de support de la soupape à essayer, que l'on a démontée avec son mécanisme de commande, un organe ( 5) de commande du dépla- cement de la soupape, contre l'action du ressort, dans le sens d'ouverture et de fermeture de la soupape, associé à un moyen ( 51) de mesure de l'effort appliqué sur la soupape ( 11), un capteur de déplacement ( 52) pour la mesure de la position de la soupape ( 11) et une table traçante ( 5) sur laquelle sont appliqués des signaux représentatifs du déplacement et de l'effort appliqué poir le tracé d'une courbe (C) représentative de l'essai. 5 Banc d'essai selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'organe de commande du déplacement de la soupape est un vérin ( 3) à simple effet relié à un circuit de fluide sous pression à deux branches l'une ( 4) d'alimentation du vérin ( 3) pour l'ouverture de lasoupape ( 11) con- tre l'action du ressort ( 13), l'autre de vidange pour la fermeture de la sou- pape ( 11) sous l'action du ressort ( 13), chaque branche étant munie d'un ré- gulateur de débit,respectivement ( 43,47),pour le réglage de la vitesse de dé- placement de la soupape ( 11). 6. Banc d'essai mécanique selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le circuit d'alimentation ( 4) comprend deux branches paral- lèles ( 41,42) d'alimentation du vérin ( 3) dans deux plages cke débit différen- tes, chaque branche ( 41,42) étant munie d'un régulateur de débit ( 43) et que le circuit de vidange comprend également deux branches ( 45,46) correspondant respectivement aux plages de débit des deux branches du circuit d'alimenta- tion, chacune étant munie d'un régulateur de débit ( 47).