Brevet FR2528654A1 — publié le 19831216

Canne flexible pour brasage. La présente invention se rapporte à un appareil de chauffage et elle concerne plus particulièrement un appareil de chauffage utilisé pour fixer un manchon à l'intérieur d'un tube par une opération de brasage. Dans les échangeurs de chaleur à tubes, un premier fluide circu- le dans les tubes de l'échangeur tandis qu'un deuxième fluide entoure l'ex- térieur de ces tubes de sorte qu'il se produit un échange de chaleur entre les deux fluides Il peut arriver que l'un des tubes devienne défectueux et il se produit une fuite dans le tube qui permet un mélange des fluides. Dans ce cas, il est parfois nécessaire soit de tamponner le tube pour em- p&cher le passage du fluide dans le tube, ou de réparer le tube de manière à empocher les fuites. Dans les centrales nucléaires, les échangeurs de chaleur à tubes sont appelés généralement "générateurs de vapeur" Lorsqu'un défaut appa- raît dans un tube d'un générateur nucléaire de vapeur, permettant au flui- de de refroidissement circulant dans le tube de se mélanger avec le fluide de refroidissement qui entoure le tube, la situation est plus critique Non seulement, l'échangeur de chaleur perd son efficacité, mais il se produit également une contamination radioactive Le fluide circulant dans les tubes d'un générateur nucléaire de vapeur étant généralement radioactif, il est important qu'il ne puisse pas fuir des tubes et contaminer le fluide en- tourant ces derniers Par conséquent, lorsqu'une fuite se produit dans un tube d'un échangeur de chaleur de générateur nucléaire de vapeur, il faut soit tamponner ce tube ou le réparer pour empêcher toute fuite du fluide de refroidissement et, par conséquent, la contamination du fluide qui en- toure les tubes. Il existe plusieurs procédés bien connus de l'homme de l'art pour réparer les tubes échangeurs de chaleur Cependant, plusieurs de ces procé- dés ne peuvent s'appliquer à la réparation des tubes échangeurs de chaleur lorsque ces tubes sont difficilement accessibles Par exemple, dans un géné- rateur nucléaire de vapeur, le manque d'accessibilité physique des tubes échangeurs de chaleur qui sont défectueux et la nature radioactive de l'en- vironnement entourant ces tubes, présentent des difficultés inédites de ré- paration qui n'existent pas normalement dans les autres échangeurs de cha- leur Pour ces raisons, on a mis au point des procédés spéciaux de répara- tion des tubes échangeurs de chaleur de générateurs nucléaires de vapeur. Le procédé caractéristique utilisé pour réparer un tube échangeur de chaleur de générateur nucléaire de vapeur, consiste à introduire dans le tube dé- fectueux un manchon métallique dont le diamètre extérieur est légèrement inférieur au diamètre intérieur du tube défectueux, et à fixer ce manchon au tube afin de relier les bords de la zone défectueuse du tube Ce pro- cédé de réparation est généralement appelé "manchonnement" Les travaux an- térieurs de mise au point du manchonnement ont eu pour but d'obtenir un as- semblage relativement étanche du manchon et du tube par brasage, soudage à l'arc, soudage par explosion cu tout autre moyen d'assemblage Du fait des exigences de propreté, d'ajustages serrés, d'application de la chaleur et de contr 8 le de l'atmosphère, ces techniques métallurgiques d'assemblage soulèvent des difficultés qu'il n'est pas facile de résoudre dans des régions des générateurs nucléaires de vapeur dont l'accès humain est limité. Dans les procédés de manchonnement par brasage, tels que celui qui est décrit dans la demande de brevet européen EPC N O 81106418 7 (W E. 49 035), intitulée "Procédé de manlchonnerent par brasage", il faut chauf- fer le matériau d'apport de brasage afin de Former un assemblage par brasa- ge du manchon et du tube Un procédé utilisé pour chauffer le matériau d'ap- port de brasage consiste à introduire un appareil de chauffage dans le man- chon afin de chauffer intérieurement le manchon et le matériau d'apport de brasage Cependant, la zone de travail est souvent inaccessible De mrme, l'appareil de chauffage nécessite une puissance élevée et les temps et tem- pératures de brasage doivent ttre soigneusement réglés. L'objet principal de la présente invention est donc de fournir une canne pour brasage qui peut être introduite dans les tubes échangeurs de chaleur éloignés et qui permet un réglage précis de la température et du temps de brasage. Afin de réaliser cet objet, la présente invention consiste en un appareil de chauffage intérieur par induction constitué d'une carne que l'on peut disposer dans un tube Cet appareil se caractérise par un élément tubulaire creux et électriquement conducteur, monté sur un mandrin et à l'in- térieur duquel peut circuler un fluide, Cet élément tubulaire corprend des b:-nches sernsiblement rectilignes et une partie enroulée en hélice autour d'une partie du mandrin afin de former une bobine inductrice pour chauffer le tube, des moyens flexibles formant c bles étant connectés au mandrin pour faire circuler dans celui-ci un courant électrique et uo fluide de refroidis- semehrt. Le ccurant électrique est utilisé pour chauffer l'élément à souder tandis que le fluide de refroidiss-eent sert à régler la température de la canne pour brasage. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la des- cription suivante faite en relation avec les dessins ci-joints, dans les- quels: la figure 1 est une vue en coupe verticale de la canne pour brasage placée dans un tube; la figure 2 est une vue en coupe verticale partielle de la canne pour brasage représentée à la figure 1; la figure 3 est une vue suivant les flèches III-III indiquées à la figure 2; la figure 4 est une vue en coupe suivant le plan de coupe IV-IV de la figure 2; et la figure 5 est une vue en coupe, à plus grande échelle, du bobinage de la canne pour brasage, On se reportera maintenant aux figures 1, 2 et 3 La canne flexi- -ble, repérée par la référence générale 20, comprend un mandrin 22 qui peut être constitué d'un matériau isolant aux hautes températures tel que le "Vespel" et qui comporte un alésage central 24 formé sur toute sa longueur. Sur la surface extérieure du mandrin 22, plusieurs gorges 26 ont également été formées pour recevoir un serpentin 28, Le mandrin 22 sert à supporter et à protéger le serpentin 28 de sorte qu'on peut introduire ce dernier dans un manchon métallique 30 placé dans un tube métallique 32. Le serpentin 28, qui peut être un tube en cuivre électriquement conducteur de 3,2 mm de diamètre extérieur et capable de véhiculer un flui- de, est monté sur le mandrin 22 Ce serpentin 28 peut être constitué d'une première branche sensiblement rectiligne 34 disposée dans l'alésage central 24 du mandrin 22, et d'une partie 36 enroulée en hélice autour de la sur- face extérieure du mandrin 22 et logée dans les gorges 26 formées dans le mandrin Le serpentin 28 comporte également, à l'autre extrémité de la par- tie 36 enroulée en hélice, une deuxième branche sensiblement rectiligne 38 placée dans le mandrin 22 Le serpentin 28 est généralement un élément tu- bulaire continue formé comme on l'a décrit ci-dessus pour véhiculer un flui- de de refroidissement tel que l'eau et pouvant conduire un courant électri- que dans sa partie métallique On peut donmer par construction à la partie 36 en hélice du serpentin 28, une longueur suffisante pour que cette partie se prolonge au delà de la zone à braser, de manière à chauffer efficacement cette zone La partie 36 en hélice peut, de manière caractéristique, avoir approximativement une longueur de 5 à 12,5 cm, un diamètre de 1,2 cm et 5 à 25 spires environ Il est préférable que cette partie 36 en hélice compor- te 11 spires environ. On se reportera maintenant aux figures 2 et 4 Un premier tube flexible 40 en nylon est fixé à l'extrémité inférieure du mandrin 22 et se prolonge jusqu'à l'élément 42 de support U'n premier élément 44 en cuivre est fixé à l'intérieur du premier tube 40 en nylon, au voisinage de l'ex- trémité inférieure du mandrin 22, la première branche 34 et la deuxième branche 38 étant placées dans ce premier élément 44 Un premier canal 46, assurant une communication de fluide avec la deuxième branche 38, est éga- lement percé dans le premier élément 44 Afin d'isoler électriquement la de ta deuxième branche 38 prenm re branche 34/ on peut monter un premier manchon isolant 48, qui peut être un tube en polyoléfine, et une première pièce rapportée 50 en nylon sur une partie de la première branche 34 qui est introduite dans le pre- mier élément 44. Un premier conducteur guipé en cuivre et sensiblement tubulaire 52 est placé-dans le premier tube 40 en nylon et il est fixé, à une extré- mité, au premier élément 44 et, à l'autre extrémité, à un deuxième élément 54 en cuivre, afin de conduire un courant électrique entre le premier élé- ment 44 et le deuxième élément 54 Ce premier conducteur 52 est, par cons- truction, un conducteur flexible qui peut amener le courant électrique au serpentin 28, tout en étant suffisamment flexible pour permettre la manoeu- vre du premier tube 40 en nylon, de sorte que le serpentin 48 peut être in- troduit dans les tubes 32 d'accès difficile. La première branche 34 traverse la pièce rapportée 50 en nylon et son extrémité inférieure est fixée à un troisième élément 55 en cuivre dans lequel est percé un alésage 56 qui assure la communication du fluide avec la première branche 34 Un deuxième conducteur flexible, guipé, en cui- vre et sensiblement tubulaire 58 est fixés à une extrémité,au troisième é- lément 55 et, à l'autre extrémité, à un quatrième élément 60 en cuivre com- portant un alésage 61, afin de conduire un courant électrique entre le troi- sième élément 55 et le quatrième élément 60, tout en permettant à un fluide tel que l'eau de traverser ce conducteur Un deuxième tube 62 en nylon est fixé sur le troisième élément 55, le deuxième conducteur 58 et le quatrième élément 60 afin d'isoler électriquement ce troisième élément 55, ce qua- trième élément 60 et ce deuxième conducteur 58 du premier conducteur 52, tout en empêchant une perte de fluide du deuxième conducteur 58 Le deuxiè- me tube 62 en nylon est placé également à l'intérieur du premier conducteur 52 et il forme entre eux un passage 64 qui fait communiquer le fluide avec le canal 46 Par construction, le deuxième conducteur 58 et le deuxième tube 62 en nylon constituent un moyen flexible qui permet de conduire l'é- lectricité et un fluide de refroidissement dans le serpentin 28, tout en assurant la souplesse de manoeuvre de la canne 20 pour brasage Ils four- nissent également un câble coaxial qui empêche toute dissipation de puis- sance entre conducteurs parallèles et permet donc de transmettre au ser- pentin une puissance haute fréquence. On se reportera encore aux figures 2 et 4 Un premier conduit tubulaire 66 en cuivre, fixé à la partie inférieure du quatrième élément 60, se prolonge à travers le deuxième élément 54 afin de véhiculer un flui- de dans ce dernier et isoler le fluide du passage 64 Un deuxième manchon isolant 68, qui peut être un tube en polyoléfine, et une deuxième pièce rapportée 70 en nylon peuvent être montés sur la partie du premier conduit 66 qui est placée dans le deuxième élément 54, afin d'isoler électrique- ment ce premier conduit 66 d'un deuxième conduit tubulaire 72 en cuivre qui est placé également dans le deuxième élément 54 En outre, un deuxième canal 74 formé dans le deuxième élément 54, assure la communication du fluide entre le passage 64 et le deuxième conduit 72 Le deuxième élément 54 est fixé également à l'élément 42 de support qui peut être utilisé pour supporter la canne flexible 20 pour brasage. On se reportera maintenant aux figures 1 et 2 Le premier con- duit 66 est relié à un mécanisme 76 de pompage qui peut être une pompe à eau capable de pomper ur fluide de refroidissement, tel que l'eau, à un débit d'environ 1 à_ 3 l/min et sous une pression de 12 à 15 kg/cm 2 Il est préférable que le fluide de refroidissement soit pompé à 2 1/min et sous une pression de 14 k/icm 2 environ Le mécanisme 76 de pompage, qui peut être placé approximativement à 6 m de la canne flexible 20 pour brasage, est relié par un troisième conduit 78 à un mécanisme 80 de refroidissement qui est relié, à son tour, au deuxième conduit 72, complétant de ce fait un circuit fermé d'écoulement du fluide de refroidissement Le mécanisme de refroidissement peut être un groupe frigorifique au fréon et il est capable de maintenir le fluide de refroidissement entre 10 et 38 C appro- ximativement et, de préférence, à 21 C environ Bien entendu, le fluide de refroidissement peut s'écouler dans le circuit dans un sens ou dans l'autre, pourvu qu'il ait pour action de maintenir le serpentin 28 à une température raisonnable se situant généralement à 38 C environ Le sys- tème de refroidissement fournit donc un système de pompage d'un fluide de refroidissement dans le serpentin 28 afin de maintenir la température de celui-ci à un niveau raisonnable. Un fil 82 d'alimentation est ccmecté au premier conrduit 66 et à une source 84 d'alimentation électrique, et un fil 86 d'alimentation est connecté au deuxième conduit 72 et à la source 84 d'alimentation électrique, complétant de ce fait le circuit d'alimantation électrique de la canne flexible 20 pour brasage La source 84 d'alimentation électrique peut être une source d'alimentation haute fréquence de 20 W pour le chauffage par bxction cpable de fonctionner à me fréquence comprise entre 200 et 400 k Hz et, de préférence, à 250 k Hz La source 84 d'alimentation peut 8 tre choisie parmi celles qui sont bien connues de l'homme de l'art ou ce peut être une source compacte modifiée d'alimentation, appropriée pour être utilisée à des endroits éloignés De cette fagon, un courant électri- que dissipant environ 7 k W, circule dans le serpentin 28 de manière à créer un champ magnétique autour de la partie 36 en hélice, induire uin courant électrique dans un élément à braser et, par conséquent, chauffer un élé- ment tel qu'un manchon 30 et le matériau 88 d'apport de brasage déposé en- tre le manchon 30 et le tube 32. On se reportera maintenant aux figures 1 et 5 Un cable optique , qui peut être un câble optique à filament de quartz et à un seul brin de 0,6 mm de diamètre, est placé à l'intérieur du serpentin 28 et dans le mandrin 22 afin de détecter la lumière produite par le chauffage du manchon Le câble optique 90 se termine par une extrémité 92 qui est située à mi-longueur environ du serpentin 28 et qui est affútée à 450 afin de jouer le r 8 le d'un prisme réfléchissant la lumière le long du câble optique 90. En outre, on peut prévoir dans le mandrin 22 une ouverture 94 située dans l'alignement de l'extrémité 92 du c 2 ble optique afin de conduire la lumiè- re vers cette extrémité 92. Le câble optique 90 est relié à un système optique 96 afin de permettre la détection de la lumière produite par le chauffage du manchon 30 et la détermination de sa température On peut également relier le sys- tème optique 96 à la source 84 d'alimentation électrique afin de pouvoir régler automatiquement la puissance du serpentin 28 pour obtenir la tem- pérature souhaitée de brasage Le système optique 96 peut également com- porter un affichage numérique des températures afin de permettre un ré- glage manuel des températures Le système optique 96 peut comprendre un pyromètre bichromatique choisi parmi ceux qui sont bien connus de l'homme de l'art et modifié pour accepter l'entrée optique d'un filament On l'a choisi car il n'est pas dépendant de l'intensité lumineuse Par conséquent, les variations d'intensité lumineuse dues à un voilement du système opti- que ne créeront pas de variations de températures dans les lectures du sys- tème optique 96 Un système optique de ce type peut détecter des tempéra- tures comprises entre 704 C et 1 427 C, tandis que le serpentin 28 peut créer dans le manchon 30 des températures s'élevant jusqu'à 1 3710 C. La canne flexible 20 pour brasage fournit donc un moyen pour chauffer un matériau 88 d'apport de brasage dans le but de braser le man- chon 30 dans le tube 32 Pendant le fonctionnement de la canne flexible 20 pour brasage, un courant électrique, créé par la source 84 d'alimentation, circule-dans le fil 82 d'alimentation et dans le premier conduit 66 Le courant circule également dans le quatrième élément 60 et dans le deuxiè- me conducteur 58 Du fait que ce dernier est connecté au troisième élé- ment 55, le courant circule également dans ce troisième élément 55 qui est connecté à la première branche 34 du serpentin 28 De la première bran- che 34, le courant passe dans la partie 36 enroulée en hélice et dans la deuxième branche 38 Cette dernière est connectée au premier élément 44 qui est lui-même connecté au premier conducteur 52, ce qui permet au cou- rant de passer de la deuxième branche 38 au deuxième élément 54 par l'in- termédiaire du premier conducteur 52 Du fait que le deuxième conduit 72 est placé dans le deuxième élément 54, le courant électrique peut passer du premier conducteur 52 au deuxième conduit par l'intermédiaire du deu- xième élément 54 et revenir à la source 84 d'alimentation en passant par le fil 86 d'alimentation, complétant de ce fait le circuit électrique. De même, un fluide de refroidissement tel que de l'eau peut 8 tre pompé par le mécanisme 76 de pompage dans la première branche 34 par l'in- termédiaire du premier conduit 66 et des alésages 61 et 56 De la première branche 34, le fluide de refroidissement peut s'écouler dans la partie 36 enroulée en hélice et dans la deuxième branche 38 Venant de celle-ci, le fluide de refroidissement pénètre dans le premier canal 46 et s'écoules par le passage 64 et le deuxième canal 74, dans le deuxième conduit 72 puis dans le mécanisme 80 de refroidissement et dans le troisième conduit 78, complétant de ce fait le trajet d'écoulement du fluide de refroidissement. Lorsqu'on désire braser un manchon 30 à l'intérieur d'un tube 32 échangeur de chaleur, on introduit le manchon 30 recouvert d'un matériau 88 d'apport de brasage, dans le tube 32 et on expanse intérieurement le manchon 30 pour l'amener en contact étroit avec le tube 32 On introduit ensuite la canne flexible 20 pour brasage dans le manchon 30, de telle ma- nière que le serpentin 28 soit placé en face de l'assemblage à brasers comme le représente la figure 1 La source 84 d'alimentation électrique est réglée alors au niveau de puissance souhaité pour réaliser le cycle thermique désiré dans le matériau d'apport de brasage et dans le manchon On met en marche également le mécanisme 76 de pompage afin de faire circuler le fluide de refroidissement dans le serpentin 28 Le courant élec- trique passant dans le serpentin 28 crée autour de ce dernier un champ ma- gnétique qui induit un courant électrique dans le manchon 30, produisant de ce fait une certaine quantité de chaleur dans la zone à braser du man- chon 30 Cette chaleur produit de la lumière qui est détectée par le ca- ble optique 90 et transmise au système optique 96 qui détermine la tem- pérature du manchon 30 Cette information est transmise en continu à la source 84 d'alimentation électrique afin que le niveau de puissance soit réglé en continu pour réaliser le cycle de brasage préprogrammé La tempé- rature de brasage est maintenue pendant l'intervalle de temps correct re- quis pour terminer l'opération de brasage Lorsque celle-ci est terminée, on coupe l'alimentation de la canne flexible 20 pour brasage et on retire cette dernière du manchon 30. La présente invention fournit donc une canne flexible pour bra- sage que l'on peut introduire dans les tubes échangeurs de chaleur d'ac- cès difficile, afin de régler avec précision la température et la durée de l'opération de brasage. Pour l'appréciation de certaines des valeurs de mesure indiquées ci-dessus, on doit tenir compte du fait qu'elles proviennent de la conver- sion d'unités anglo-saxonnes en unités métriques. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisa- tion qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de va- riantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 Appareil de chauffage intérieur par induction constitué d'une canne ( 20) que l'on peut disposer dans un tube ( 32), caractérisé en ce qu'un élément tubulaire creux et électriquement conducteur ( 28) est monté sur un mandrin ( 22) et est capable de véhiculer un fluide, cet élément tubulaire ( 28) comprenant des branches ( 34, 38) sensiblement rectilignes et une partie ( 36) enroulée er hélice autour d'une partie du mandrin ( 22) afin de former une bobine inductrice pour chauffer le tube ( 32), des moyens flexibles ( 40, 44, 52, 54) formant cables étant connectés au mandrin ( 22) pour faire circuler dans celui-ci un courant électrique et un fluide de refroidissement. 2 Appareil suivant la revendication 1, caractérisé enr ce qu'un premier tube flexible et électriquement isolant ( 40) est fixé au mandrin ( 22); en ce qu'un premier élément électriquemenlt conducteur ( 44) est pla- cé-dans le premier tube ( 40) et est connecté au mandrin ( 22) et à l'élément tubulaire ( 28); en ce qu'un deuxième élément électriquement conducteur ( 54) est placé dans le premier tube ( 40) au voisinage de l'extrémité de ce tube opposée à l'extrémité dans laquelle est placé le premier élémient ( 44); et en ce qu'un premier conducteur tubulaire flexible ( 52) est placé dans le premier tube ( 40) entre le premier élément ( 44) et le deuxième élément ( 54) de manière à amener un courant électrique à l'élément tubulaire ( 28) et à fúorer un pa 5 sace ó 4 dans le tube ( 40) pair v: iculsr 'i luide de refroidissement jusqu'à l'élément tubulaire ( 28). 3 Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le premier élément ( 44) et le deuxième élément ( 54) comportant chacun un car nal ( 46, 74) les traversant pour livrer passage au fluide de refroidis- sement. 4 Appareil suivant l'une des revendications 2 ou 3, caractéri- sé an cc qu'un troisième élément électriquement cdrnducteur ( 55) comportant un alésage ( 56) est placé dans le premier conducteur ( 52) et est fixé à la partie ( 34) de l'élément tubulire ( 28) qui se prolonge à travers le pre- mier élément ( 44) dont il est électriquement isolé; en ce qu'un premier conduit ( 66) est placé dans le deuxième élément ( 54) dont il est électri- quement isolé, et est disposé dans le premier conducteur ( 52); cn ce qu'un quatrième élément électriquement conducteur ( 60) comportant un alésage ( 61) rct fixé au premier conduit ( 66); en ce qu'un deuxième conducteur tubu- laire flexible ( 58) est placé dans le premier conducteur ( 52) entre le troisième élément ( 55) et le quatrième élément ( 60) afin de faire passer un courant électrique entre ce troisième élément ( 55) et ce quatrième élément ( 60) et pour faire circuler un fluide de refroidissement dans ces éléments; et en ce qu'un deuxième tube flexible et électriquement isolant ( 62) est fixé au troisième élément ( 55) et au quatrième élément ( 60) et est placé sur le deuxième conducteur pour isoler électriquement ce dernier du premier conducteur. Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'un deuxième conduit ( 72) est placé dans le deuxième élément ( 54) de manière à assurer la communication du fluide avec le canal ( 74) formé dans le deuxième élément ( 54). 6 Appareil suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce qu'un câble optique ( 90)à filament s'étend à travers ledit premier tube flexible ( 40) pour détecter la température dudit tube ( 32). 7 Appareil suivant la revendication 6, caractérisé en ce que l'extrémité ( 92) dudit câble optique ( 90) à filament disposée à l'intérieur dudit mandrin ( 22) est affûtée à 450 pour réfléchir la lumière le long du câble optique ( 90) à filament, le mandrin ( 22) possédant une ouverture ( 94) pour permettre à la lumière d'entrer et de frapper l'extrémité ( 92) du câble optique ( 90) à filament. 8 Appareil de chauffage intérieur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'élément tubulaire ( 28) est enroulé en hélice autour du mandrin ( 22) et comporte de 5 à 25 spires. 9 Appareil de chauffage intérieur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la source d'alimentation électrique de l'élément tubulaire ( 28) est constituée d'une source d'alimentation haute fréquence de k W pour le chauffage par induction, fonctionnant à une fréquence comprise entre 200 et 400 k Hz. Appareil de chauffage intérieur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'un pyromètre bichromatique est relié au câble optique ( 90) à filament afin de déterminer la température du tube ( 32).