Brevet FR2608843A1 — publié le 19880624

L'invention concerne une section de ligne coaxiale se composant d'un conducteur extérieur qui est équipé de brides d'assemblage des deux côtés et qui contient, & l'une au moins de ses deux extrémités, un support de matière isolante comportant une forure centrale pour recevoir une pièce d'accouplement de conducteurs intérieurs se terminant en un anneau porteur qui est entouré par une couronne de lamelles de ressort qui établit le contact avec un conducteur intérieur tubulaire et permet les dilatations thermiques de celui-ci. Il est transmis, par des lignes coaxiales qui se composent de sections ayant la structure connue, ci- dessus decrite, des puissances HF très élevées, ce qui fait qu'elles s'échauffent considérablement. Dans ces conditions, le conducteur intérieur subit évidemment une élévation de température beaucoup plus forte que le conducteur extérieur. Par exemple, avec une puissance de MW et une température ambiante de 40'C, un conducteur intérieur en cuivre peut atteindre une température de 250'C ou plus, tandis qu'un conducteur extérieur en aluminium peut atteindre une température de 110'C ou plus. Il en résulte des dilatations thermiques importantes. Par le fait que la dilatation du conducteur intérieur est beaucoup plus importante que celle du conducteur exterieur, les couronnes de lamelles de ressort de chaque section de ligne, qui établissent le contact avec le conducteur inzerieur, sont dimensionnees avec une longueur suffisante pour absorber la plus forte dilatation du conducteur intérieur tubulaire sans que des contraintes puissent se produire, compte tenu de tolérances longitudinales de fabrication et de montage. Eu égard & ces considérations concernant les lamelles à ressort, il en résulte, avec une longueur moyenne d'une section de 5 m par exemple, une longueur des lamelles à ressort qui mesure Jusqu'à quelques cm: en effet, même lorsque la section de ligne est posée horizontalement, on ne peut pas considérer a priori que la dilatation du conducteur intérieur tubulaire se répartit uniformément entre ses deux extrémités et que, par conséquent, le plan médian de coupe transversale du conducteur intérieur tubulaire, contenant le centre de gravité, reste en position fixe. Cela est encore beaucoup moins le cas lorsque la section de ligne est posée obliquement ou même verticalement. Il faut donc se baser sur le fait que, soit dès la pose de la section de ligne, soit au cours de plusieurs cycles de mise en circuit, le conducteur intérieur tubulaire se met dans une position dans laquelle l'une de ses deux extremités est complètement au-delà de la couronne de lamelles de ressort correspondante et l'autre couronne de lamelles de ressort doit compenser toutes les tolérances de montage et la totalité de la dilatation thermique. Dans ces conditions, il ne faut évidemment pas que l'extrémité en question du conducteur intérieur tubulaire s'échappe de la couronne de lamelles de ressort à la plus basse température ambiante. Or, ces circonstances sont défavorables a l'établissement d'un contact sûr entre le conducteur intérieur tubulaire et les pieces respectives d'accouplement de conducteurs intérieurs, car la course de déplacement élastique qui est disponible décroit en direction des racines des lamelles de ressort, tandis que la force de ressort décroit en direction des extrémites libres (du cote de l'anneau porteur; des ressorts en lamelles. Or, l'établissement d'un contact absolument sûr sur toute la circonférence du conducteur intérieur est justement indispensable lorsque des puissances HF tres élevées sont transmises, mais il n'existe que dans la région moyenne des ressorts en lamelles, pour les raisons évoquées ci-dessus. L'invention a donc pour but de réaliser une section de ligne coaxiale du genre défini en préambule, avec laquelle les dilatations thermiques du conducteur intérieur tubulaire soient réparties tres uniformément entre les deux extrémités de celui-ci, quelle que soit la position de montage de la section, de telle manière que le plan médian en coupe transversale du conducteur intérieur tubulaire ou le centre de gravité de celui-ci reste dans une large mesure en position fixe dans toute situation de fonctionnement. Ce but est atteint d'après l'invention par le fait qu'il est dispose, dans le conducteur interieur tubulaire, deux éléiments de compensation de deplacement dont les extrémités internes sont raccordées au conducteur intérieur tubuiaire par des points d'attache fixes et dont les extremités libres externes forment, avec les surfaces frontales des anneaux porteurs respectifs, des surfaces de butée, et par le fait nue les éléments de compensation de déplacement satisfont aux relations suivantes: 2. " atlau. lv + ax. Àtz/u. di 1 aÀ. S 1t; (i 2. l1 - dx - lz 2) dans lesquelles les symboles ont les significations suivantes: li: Longueur du conducteur extérieur, lx: Longueur du conducteur intérieur, iv: Longueur d'un élément de compensation de déplacement, dz: Distance des points d'attache fixes, a: Coefficient de dilatation thermique du conducteur extérieur, ax: Coefficient de dilatation thermique du conducteur intérieur, av: Coefficient de dilatation thermique des éléments de compensation de déplacement, atmeu: Différence de température maximale entre le conducteur exterfeur et l'environnement, atzlu: Différence de température maximale entre le conducteur intérieur et l'environnement. Par cette solution, on parvient à ce que la somme des dilatations thermiques, d'une part des éléments de compensation de déplacement et, d'autre part, du morceau du conducteur interne tubulaire situé entre les points d'attache fixes de ces éléments est égale au maximum à la dilatation thermique du conducteur extérieur et qu'elle peut être au besoin dimensionnée un peu plus petite que celle-ci, par exemple pour pouvoir tenir compte également de la dilatation thermique des pièces d'accouplement des conducteurs intérieurs - laquelle est toutefois faible en valeur absolue. En conséquence, une fente de tolérance predéfinie entre l'extremité libre de l'un des élements de compensation de déplacement et la surface frontale opposée de l'anneau porteur correspondant reste donc pratiquement constante à toute température de la section de ligne, si l'on prend le cas le plus défavorable o l'autre élément de compensation de déplacement s'applique par son extrémité libre contre la surface frontale de l'autre anneau porteur en tant que surface de butée. Le conducteur intérieur tubulaire peut donc se déplacer au maximum de la moitié de cette fente de tolérance, dans un sens ou dans l'autre, à partir de sa position moyenne géométrique entre les deux pièces d'accouplement de conducteurs intérieurs. En conséquence, les lamelles de ressort peuvent être dimensionnées avec une longueur plus courte qu'auparavant et elles travaillent touJours dans leur région la plus favorable pour l'etablissement d'un contact optimai. Etan. donne que les deux extremiTes du conducteur intérieur Tubulaire se deplacent dans la même mesure par rapport aux couronnes de lamelles-de ressort respectives, il se produit également un autonettoyage des surfaces d'établissement du contact qui est le même aux deux extremités du conducteur intérieur tubulaire. Dans une forme de réalisation préférée, les deux éléments de compensation de déplacement forment une unité d'un seul tenant de bout en bout et sont faits d'une matière qui satisfait à la relation suivante: &tZeu "v = atoc a(3) Un développement particulièrement préféré de cette forme de réalisation tient compte du fait que dans la pratique, on ne dispose souvent pas, pour les éléments de compensation de déplacement, d'une matière dont le coefficient de dilatation thermique a exactement la valeur qui est calculée d'après la relation (3). On choisit alors la matière ayant le coefficient de dilatation thermique le plus voisin vers le haut et on dimensionne la longueur des éléments de compensation de déplacement de telle manière qu'en plus de la fente de tolerance s, il subsiste à l'état froid de la ligne coaxiale, entre les extrémités libres de ces élements et les surfaces frontales des anneaux porteurs respectivement opposées à celles-ci, une fente de base sa qui est déterminée d'après la relation suivante: Sa a (aú.. mrf. - aV). l,. &tZu (3a) et qui absorbe la dilatation thermique des éléments de compensation de déplacement, un peu plus forte que la valeur détermines par le calcul. Une légère augmentation de la valeur calcuiee d'après la relation 3a pour la fente de base sa peut être à conseiller, afin de tenir compte en plus du fait que normalement, la température du conducteur intérieur tubulaire s'éleve plus rapidement et retombe plus lentement que celle du conducteur extérieur. Selon la forme en coupe transversale - qui peut être quelconque en principe - et la position de montage des élements de compensation de déplacement, il peut être necessaire de prévoir des attaches libres supplémentaires entre les éléments de compensation de déplacement et le conducteur intérieur tubulaire. Si les attaches libres établissent le contact entre les éléments de compensation de déplacement et le conducteur intérieur tubulaire, on évite que la cavite interne du conducteur intérieur tubulaire entre en résonance. Il est préférable que les éléments de compensation de déplacement soient réalisés sous forme de barres profilées, car il en résulte une simplification de la technique de fabrication et, surtout, une économie de poids. Ce dernier point de vue est important, avant tout en cas d'orientation horizontale ou approximativement horizontale de la ligne, pour limiter a une mesure acceptable le diamètre du conducteur intérieur tubulaire, avec les longueurs souvent importantes des sections de ligne. Une section de ligne coaxiale selon l'invention est représentée de façon schematique et simplifiée sur les dessins, sous une forme de réalisation choisie à titre d'exemple. La fig. 1 est une vue raccourcie en coupe longitudinale de la section de ligne, représentée à gauche à la température de service et & droite à l'état froid. La fig. 2 est une vue en coupe transversale, faite suivant la ligne A-A de la fig. 1. La fig. 3 est une vue en coupe transversale, faite suivant la ligne B-B de la fig. 1. La section de ligne coaxiale représentée comprend, de faron connue en soi, un conducteur extérieur 1 muni, des deux côtes, de brides d'assemblage 2a et 2b oui sont vissées aux brides d'assemblage correspondantes des sections de ligne contiguës d'un côté et de l'autre. Dans la région des brides d'assemblage - dans l'exemple representé sur les dessins, dans les brides des sections de ligne respectivement contiguës - sont disposes des supports de matière isolante 3 qui comportent une forure centrale pour recevoir des pièces d'accouplement de conducteurs intérieurs 4 établissant le contact avec un conducteur intérieur tubulaire 5 représenté sous forme raccourcie. A cet effet, chaque pièce d'accouplement de conducteurs intérieurs comporte, a chacune de ses deux extrémités libres (dont on n'a représente, sur la fig. 1, que l'extrémité correspondant à la section de ligne considérée), une couronne de lamelles de ressort 6 qui sont précontraintes vers l'extérieur en direction radiale et encerclent un anneau porteur 7 qui absorbe la charge du conducteur intérieur tubulaire 5 et la transmet à la pièce d'accouplement de conducteurs intérieurs 4, tout en constituant, de façon non representee en détail, une limitation de la course de déplacement élastique pour les lamelles de ressort 6, aussi longtemps que le conducteur intérieur tubulaire 5 n'a pas encore ete déplacé sur la couronne de lamelles de ressort. Dans le conducteur intérieur tubulaire sont disposées, en tant qu'éléments de compensation de déplacement, deux barres profilées IOa, lOb dont les extrémités internes sont raccordées au conducteur intérieur tubulaire 5 au moyen de rivets 11 formant des points d'attache fixes, mais qui sont guidées quant au reste, dans leur déplacement longitudinal par rapport au conducteur intérieur tubulaire 5, au moyen d'éclisses de métal 12 servant d'attaches libres, et dont les extremites externes libres sont opposees aux surfaces frontaies 7a de l'anneau porteur 7 avec menagement d'une fente de tolérance s (a l'etat chaud de service) ou d'une fente de base sa (à l'état froid, à droite sur la fig. 1)>. Dans l'exemple représenté, les barres profilées 10 ont la même longueur et les points d'attache fixes 11 sont situés & la distance d, l'un de l'autre, symétriquement par rapport au plan médian de coupe transversale Q. Toutefois, ces deux caractéristiques de construction ne sont pas des conditions nécessaires. Les éclisses de métal 12 établissent le contact électrique entre les barres profilées 10 et le conducteur intérieur tubulaire 5 et elles sont disposées à des distances suffisantes pour empêcher la formation d'ondes stationnaires qui pourraient être autrement créées par la partie du champ électrique qui peut pénétrer & l'intérieur du conducteur intérieur tubulaire 5 par des fentes, en particulier par les fentes entre les ressorts en lamelle 6. Lorsque de très hautes puissances HF sont transmises par cette section de ligne coaxiale, les pertes inévitables donnent lieu à un échauffement d'intensité correspondante, le conducteur interieur tubulaire 5 prenant une température beaucoup plus elevée que le conducteur extérieur 1. Le conducteur intérieur tubulaire 5 subit donc une dilatation thermique plus forte que le conducteur extérieur 1 et, en supposant que la section de ligne est représentée à l'état froid sur la fig. 1, il se déplace davantage sur la couronne de lamelles de ressort 6. La somme des courses de déplacement peut être calculée de façon connue en soi à partir des coefficients de dilatation thermique du matériau du conducteur extérieur et du matériau du conducteur intérieur, des élévations de température respectives et des longueurs respectives. En genéral, la dilatation thermique de la pièce d'accouplement de conducteurs interieurs 4 peut être negligee, en raison de sa faible longueur axiale par rapport à la longueur totale de la section de ligne. Les barres profilées O10 servent d'éléments de compensation de déplacement qui assurent qu'au cours de son échauffement, le conducteur intérieur tubulaire se déplacera à peu près uniformément, par ses deux extrémités, sur les deux couronnes de lamelles de ressort 6 et qu'après son refroidissement, il reviendra dans la position représentée ou dans une position déplacée par rapport à celle-ci dans une mesure correspondant au maximum à la fente de base sa, c'est-à- dire que le plan médian de coupe transversale Q restera en position fixe à toutes les températures de service, à l'exception d'un déplacement correspondant à la fente de base so. Cela est garanti lorsque la dilatation thermique longitudinale &L de la longueur L mesurée entre les extrémités libres des barres profilées 10 reste à peu près égale à la dilatation thermique Al du conducteur extérieur 1 de longueur 1. Lorsque cette relation n'est pas respectée, dans un cas la fente so diminue avec l'échauffement croissant jusqu'à disparaître ou il est même créé des contraintes axiales, tandis que dans l'autre cas, la fente sa augmente avec l'échauffement croissant. Là encore, la dilatation thermique des éléments d'accouplement de conducteurs intérieurs est considérée comme négligeable. Si on laisse tout d'abord de côté la fente sa ou s, il faut donc que la somme des dilatations thermiques des barres profilées 10 et de la section di du conducteur intérieur tubulaire ne soit pas supérieure, mais ne soit pas non plus très inférieure à &l. On a donc les deux relations suivantes: 302. av. ati/u. lv + ai At. t/di ( a. Àt,/u. l1; (1) 2. lv + di = lx (2) dans lesquelles les symboles ont les significations suivantes: 1l: Longueur du conducteur extérieur , lv: Longueur d'un élément de compensation de déplacement (10>, dz: Distance des points d'attache fixes , a: Coefficient de dilatation thermique du conducteur extérieur (1>, cr: Coefficient de dilatation thermique du conducteur intérieur (5>, av: Coefficient de dilatation thermique des éléments de compensation de deplacement (10>, et.,u: Difference de température maximale entre le conducteur extérieur et l'environnement, at'.u: Différence de température maximale entre le conducteur intérieur et l'environnement. Si l'on choisit, pour les barres profilées, un matériau ayant un faible coefficient de dilatation thermique par rapport au coefficient de dilatation thermique des matériaux usuels de conducteur extérieur et de conducteur intérieur (par exemple l'aluminium et le cuivre), on peut calculer, à partir des deux relations mentionnées, les longueurs des barres profilées 10 et la distance dm entre leurs points d'attache fixes 11. Il en résulte en même temps que les barres profilées ne doivent pas nécessairement avoir la même longueur et que les points d'attache fixes il ne doivent pas forcément être disposes symetriquement par rapport au plan médian de coupe transversale Q. Les longueurs des barres profilées, déterminees à l'aide des relations (1) et (2) doivent être alors diminuées des grandeurs des fentes de tolérance s, déterminees d'après des valeurs expérimentales. On peut toutefois montrer facilement par le calcul qu'a la place des matériaux utilises frequemment qui ont eze mentionnés, a savoir l'aluminium pour le conducteur extérieur et ie cuivre pour le conducteur intérieur tubulaire, des alliages spéciaux, qui sont simplement coûteux, ont des coefficients de dilatation thermique suffisamment faibles pour satisfaire aux relations *1) et c2) en tant que barres profilées, et -_;a mme si l'on u-ilise, a la rLace des deux barres proflees 10 represeutees sur la _fi. i, une seule barre continue qui n'est raccordée au conducteur intérieur tubulaire que par un seul point d'attache fixe dans le plan median de coupe transversale Q de ce conducteur. Etant donné que dans ce cas, dz = 0 et lx = 1, il résulte de (1) et (2) que l'unique barre continue servant d'éelément de compensation de déplacement doit être en un matériau dont le coefficient de dilatation thermique av a la valeur -v _Lt^,v_ "^ (3) Si l'on introduit dans cette relation le coefficient de dilatation thermique de l'aluminium a, = 24. 10-e K-', ainsi que atm/u = 20 K et atx,u = 60 K, ce matériau doit avoir un coefficient de dilatation thermique av = 1/3ac = 8 l-0-e K-'. Etant donné que l'utilisation d.'un alliage special ayant ce coefficient de dilatation thermique est inopportune pour des raisons de cour, on choisit a la place un materiau usuel ayant Le coefficient de dilatation thermique immediatement voisin vers le haut, par exemple l'acier non allie avec av -fe = 12 10-- K- ' La dilatation thermique, trop forte par rapport à la valeur de calcul, d'une barre continue en acier non allie peut étre absorbee par une petite fente de base So des deux côtés, qui peut être caiculee - sans tenir compte de la fente de tolérance s - par la relation so f ( 'Cv. f. -.V)l. a&tlu d'apres la relation (3a), so e 0,6 mm. REVENDICATIONS 1.- Section de ligne coaxiale se composant d'un conducteur extérieur qui est équipé de brides d'assemblage des deux côtes et qui contient, au moins dans la region de chacune de ses deux extrémités, un support de matière isolante comportant une forure centrale pour recevoir une pièce d'accouplement de conducteurs intérieurs se terminant en un anneau porteur qui est entoure par une couronne de lamelles de ressort qui etablit le contact avec un conducteur intérieur tubulaire et permet les dilatations thermiques de celui- ci, caractérisée en ce qu'il est dispose, dans le conducteur intérieur tubulaire (5), deux éléments de compensation de deplacement (10) dont les extrémités internes sont raccordées au conducteur intérieur tubulaire par des points d'attache fixes (11) et dont les extrémités libres externes forment, avec les surfaces frontales (7a) des anneaux porteurs respectifs (7), des surfaces de butée, et en ce que les eéléments de compensation de deplacement (G10 satisfont aux relations suivantes: 2. av. Atz/u. lv + aI. Attu. di. A. At^u. 1; (1) 2 lv + dz = lz (2) dans lesquelles les symboles ont les significaticns suivantes: it: Longueur du conducteur exzerieur (1;, i,: Longueur du conducteur intérieur (5), iv: Longueur d'un élément de compensation de déplacement (10>, dz: Distance des points d'attache fixes , ad: Coefficient de dilatation thermique du conducteur exterieur (1), ac: Coefficient de dilatation thermique du conducteur intérieur conducteur intérieur et l'environnement. 2.- Section de ligne coaxiale selon la revendication 1, caractérisee en ce que les deux eéléments de compensation de déplacement sont raccordés d'un seul tenant l'un a l'autre et, au moyen d'un point d'attache fixe commun dispose dans le plan median de coupe transversale(Q),au conducteur intérieur tubulaire et sont faits d'une matière qui satisfait a la relation suivante: "vM OEA et^,o des revendications 1 & 3, caractérisée en ce que les éléments de compensation de déplacement (10) sont en plus raccordés au conducteur intérieur tubulaire (5) par des attaches libres (12) qui permettent un déplacement axial sans obstacle du conducteur tubulaire intérieur (5) par rapport aux éléments de compensation de déplacement 5.- Section de ligne coaxiale selon la revendication 4, caractérisee en ce que les attaches libres (12) établissent le contact entre les éléments de compensation de déplacement (10) et le conducteur intérieur tubulaire (5). 6.- Section de ligne coaxiale selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les éléments de compensation de déplacement sont constitués par des barres profilées (10).