Brevet FR2704459A1 — publié le 19941104

La présente invention est relative aux générateurs de chocs calibrés, ainsi qu'aux dispositifs pour le contrôle de systèmes permettant la détection de corps errants dans des tuyauteries dans lesquelles circule un fluide, par exemple des tuyauteries de centrales nucléaires. Il arrive que des objets vagabonds provenant de la défection de pièces internes (boulons, débris de métal, etc.) circulent dans les circuits primaires de centrales nucléaires. Ces corps errants sont animés par la vitesse de l'eau et sont susceptibles d'endommager gravement les structures internes et les tuyauteries. Certaines centrales nucléaires sont équipées de systèmes de surveillance permettant la détection de ces corps errants. De tels systèmes comportent en particulier des capteurs accélérométriques qui sont reliés à des amplificàteurs et à une carte de traitement du signal. Ils mesurent les chocs des corps errants sur les parois des tuyauteries dans lesquelles ces corps se déplacent. Avant chaque redémarrage de la tranche de centrale nucléaire concernée, il est procédé à un contrôle du bon fonctionnement de ces systèmes de surveillance. Des dispositifs de contrôle comportant des simulateurs d'impact à fonctionnement manuel ou automatique sont déjà connus. Mais, ils ne réalisent que des contrôles qualitatifs des systèmes de surveillance. Ils ne permettent aucunement de les étalonner. Le dispositif que propose l'invention permet, quant à lui, de réaliser un étalonnage du système de surveillance qu'il contrôle. Les mesures relevées par le système de surveillance pourront permettre de quantifier la masse ou l'énergie de chocs des corps errants. A cet effet, ce dispositif comporte un générateur de chocs calibrés qui simule dans la tuyauterie sur laquelle il est placé des chocs de corps errants avec une énergie et une masse prédéterminées représentatives de celles des corps errants à détecter. On connaît déjà, dans d'autres applications que celles du contrôle de systèmes de surveillance pour la détection de corps errants, des générateurs de chocs calibrés. Ils sont soit de type gravitaire (chute de bille, mouton pendule) , soit de type inertiel (marteau de choc de BRUEL ET KJAER), soit encore de type balistique. Ces générateurs sont néanmoins inadaptés à la simulation d'un choc de corps errants dans une tuyauterie étant donné, d'une part, que leur réarmement nécessite l'intervention d'un opérateur, et, d'autre part, qu'ils fonctionnent avec une orientation préférentielle. Le dispositif de contrôle que propose l'invention comporte un générateur de chocs d'un type nouveau, qui permet de pallier ces inconvénients. En particulier,ce générateur de choc se réarme automatiquement après chaque tir. En outre, le fonctionnement de ce générateur est indépendant de son orientation et de la direction dans laquelle il produit des chocs. La présente invention a donc pour objet un générateur de chocs calibrés comportant une masse destinée à heurter un élément formant enclume, caractérisé en ce qu'il comporte un noyau ferromagnétique qui porte la masse, ainsi qu'un électro-aimant qui déplace axialement le noyau et la masse à partir d'une position de repos vers une position où la masse heurte l'élément formant enclume, ce générateur comportant également des moyens pour, après le choc de la masse sur l'élément formant enclume, rappeler et maintenir le noyau et la masse dans leur position de repos. Avantageusement, l'électro-aimant est commandé par un circuit électrique qui comporte des moyens pour délivrer audit électro-aimant une impulsion électrique qui déplace le noyau et la masse à partir de leur position de repos, et en ce que la durée de cette impulsion est inférieure à la durée de déplacement de la masse de sa position de repos à sa position où elle heurte l'élément formant enclume. Selon un aspect particulièrement avantageux, un entrefer entre un élément du circuit magnétique de l'électro- aimant et le noyau est tronconique. L'invention a encore pour objet un dispositif pour le contrôle d'un système permettant la détection de corps errants dans une tuyauterie dans laquelle circule un fluide, comportant un générateur de chocs, caractérisé en ce que ce générateur de chocs est un générateur de chocs calibrés du type précité, Irélément formant enclume étant fixe par rapport à la tuyauterie. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront encore de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier de l'invention. Cette description est purement illustrative et non limitative. Elle doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels . la figure 1 est une représentation selon deux demi-coupes axiales du générateur de choc conforme à ce mode de réalisation, respectivement dans une position de repos et dans une position activée . la figure 2 représente schématiquement un circuit de commande du générateur de choc de la figure 1. Le générateur de choc représenté sur la figure 1 comporte principalement, montés sur une structure support 1, une masse formant marteau 3, un noyau ferromagnétique 4 portant cette masse 3, ainsi qu'un électro-aimant rapide 5 déplaçant le noyau ferromagnétique 4 et la masse 3. La structure support 1 est fixée sur une paroi 2 de la tuyauterie dans laquelle on réalise une détection de corps errants. Elle comporte un socle 6 défini par un fond 7 à contour circulaire et par une jupe cylindrique 8 qui s'étend à partir dudit fond 7 jusqu'à la paroi 2. La jupe 8 est traversée par quatre trous 9 circulaires régulièrement répartis sur son pourtour. Cette jupe 8 est en appui par sa tranche sur cette paroi 2. Le socle 6 est fixé sur la paroi 2 par quatre vis 10 qui s'étendent à l'intérieur de la jupe cylindrique 8, du fond 7 jusqu'à ladite paroi 2. A leurs extrémités opposées au fond 7, les filetages de ces vis 10 coopèrent avec les filetages complémentaires de trous borgnes 11 de la paroi 2. Ces trous 11 sont par exemple des trous de fixation déjà existants sur la tuyauterie et prévus pour d'autres applications, le socle 6 étant dimensionné en conséquence. Les têtes 12 de ces vis 10 sont en appui sur les fonds de logements 13 ménagés dans l'épaisseur du fond 7, ces logements débouchant à partir de la face dudit fond 7 qui n'est pas en regard de la paroi 2. Sur son autre face, le fond 7 présente une surépaisseur annulaire 14, dont le diamètre extérieur correspond au diamètre intérieur de la jupe 8 et qui est traversée par les corps des vis 10. La structure support 1 comporte également un corps tubulaire cylindrique 15 monté coaxialement sur le fond 7. Ce corps 15 est ouvert à son extrémité par laquelle il est porté sur le fond 7 et est fermé à son autre extrémité. A son extrémité ouverte, le corps 15 est emboîté sur un anneau 15a auquel il est solidarisé par des goupilles g. Cet anneau 15a est reçu dans un logement de centrage ménagé sur le fond 7 et est fixé audit fond 7 par des vis V. Une paroi transversale 16 divise le corps 15 pour y définir, d'une part, en sa partie s'étendant à partir du fond 7 un logement principal 17 dans lequel est disposé le noyau 4 et, d'autre part, en sa partie au-delà de ladite paroi transversale 16, un logement secondaire 18 qui reçoit des éléments d'un circuit électrique de commande de l'électro-aimant 5. Sur les parois cylindriques intérieures du logement 17 est disposé un bobinage hélicoïdal en cuivre de l'électro-aimant 5. Ce bobinage hélicoïdal est maintenu en place contre la paroi intérieure du logement 17 par une couche cylindrique 19 en un matériau diélectrique. Le noyau 4 s'étend coaxialement à l'intérieur de ce logement 17 avec une hauteur qui est inférieure à la hauteur dudit logement 17. Il est en aciers spéciaux allégés à haute perméabilité. Sa forme est adaptée pour son coulissement à l'intérieur dudit logement 17. En particulier, ce noyau 4 est muni d'ailettes radiales qui le guident dans son coulissement dans le logement 17. Le circuit magnétique de l'électro-aimant est fermé sur un élément 20 qui termine l'évidement 17 en son extrémité emboîtée sur l'anneau 15a. Cet élément 20 est également en aciers spéciaux ferromagnétiques à haute perméabilité. Les parois en regard du noyau 4 et de cet élément 20 sont de formes tronconiques complémentaires. L'entrefer tronconique ainsi réalisé permet de maintenir un effort constant sur le noyau 4 tout au long de sa course. La vitesse de ce noyau 4 croît linéairement. Le noyau 4 se prolonge par une tige 21 amagnétique à haute résistance mécanique qui traverse l'élément 20, ainsi que le fond 7 et qui porte la masse 3 formant marteau à son extrémité qui est disposée dans le volume intérieur du socle 6. Cette masse 3 formant marteau est en acier dur. Elle est destinée à venir heurter la paroi 2 pour simuler sur celle-ci le choc d'un corps errant, cette paroi 2 servant d'élément formant enclume. La masse 3 a une forme arrondie et est en un matériau indéformable sous le choc. Elle est montée par vissage sur la tige 21 dont l'extrémité est à cet effet filetée. La masse 3 peut ainsi être remplacée par une autre masse si l'on souhaite par exemple modifier les conditions de chocs, ou encore si les conditions d'entretien le nécessitent. Un ressort 22 hélicoïdal s'étend autour de la tige 21, dans des évidements cylindriques du fond 7 et de l'élément 20 qui sont traversés par cette tige 21. Ce ressort 22 est en compression entre le noyau 4 et une butée annulaire 23 qui fait saillie à l'intérieur de l'évidement cylindrique du fond 7, traversé par la tige 21. Ce ressort 22 repousse le noyau 4 vers sa position où son extrémité la plus éloignée de la paroi 2 est en butée sur un joint torique ou un feutre d'amortissement collé dans le logement 17 sur la paroi transversale 16. Dans le logement 18 sont disposés deux condensateurs 24 cylindriques de 1000 zF de capacité montés en parallèles. Les parois intérieures du logement 18 ont des formes complémentaires de celles de ces condensateurs 24. La cloison transversale qui ferme le corps 15a été référencée par 25. Cette cloison 25 est solidarisée des parois longitudinales du logement 18 et du corps 15 par quatre vis 26 (dont une seule a été représentée sur la figure) dont les corps s'étendent dans des logements complémentaires ménagés dans lesdites parois. Les parois longitudinales du corps 15 et du logement 18 sont encore traversées dans leur hauteur par un évidement cylindrique 28 de petit diamètre recevant des fils électriques reliés à l'électro-aimant 5 et aux capacités 24. On voit sur la figure 2 que le circuit de commande de l'électro-aimant 5 comprend principalement une source d'alimentation en tension U dont une borne est reliée à une résistance de charge R. Par son autre borne, cette source d'alimentation en tension U est reliée, d'une part, à lune des bornes communes des condensateurs 24 montés en parallèle, et schématisés sur la figure 2 par un condensateur unique et, d'autre part, à l'une des bornes de l'électro-aimant 5. Un commutateur électronique 27 est monté sur l'autre des bornes des condensateurs 24 pour relier cette borne des condensateurs 24 soit à l'autre borne de la résistance R, soit à l'autre borne de l'électro-aimant 5. Ainsi, dans une de ses positions, ce commutateur électronique 27 met en série la résistance R et les condensateurs 24, le circuit ainsi constitué se fermant sur le générateur de tension U. Dans une autre de ses positions, ce commutateur 27 relie la borne du condensateur 24 à une borne du bobinage qui constitue l'électro-aimant 5,1telectro-aLmant 5 et les condensateurs 24 formant alors un circuit fermé. Ainsi, dans sa première position, le commutateur électronique 27 commande le chargement des condensateurs 24, tandis que dans son autre position, ce commutateur 27 permet le déchargement des condensateurs 24 dans l'électro- aimant 5. L'impulsion de ce déchargement active le noyau 4, qui se déplace alors axialement de sa position de repos (représentée sur la partie droite de la figure 1) vers une position où la masse 3 heurte la paroi 2 (représentée sur la partie gauche de la figure 1). La valeur de la capacité des condensateurs 24 est choisie de façon que la durée de l'impulsion soit inférieure à la durée de déplacement de la masse de sa position de repos jusqu'à sa position de choc, de sorte que 1'electro-aimant 5 a communiqué au noyau 4 et à la masse 3 toute l'énergie de l'impulsion avant que le choc n'intervienne. Ainsi, l'énergie de choc est calibrée, puisqu'elle correspond à l'énergie de chargement des condensateurs 24. Une fois le choc intervenu, le ressort 22 rappelle le noyau 4 et la masse 3 dans leur position de repos. Par son extrémité opposée à l'élément 2, le noyau 4 vient buter sur le joint torique 24. Ce joint torique ou le feutre porté par la paroi 16 réalise un amortissement du noyau 4 de façon à ne pas perturber les mesures relevées simultanément par le système de surveillance correspondant. Le noyau 4 est ensuite maintenu dans sa position de repos par le ressort 22, jusqu'à ce que l'électrO- aimant soit à nouveau activé. Le commutateur 27 est commandé par une unité de gestion (non représentée) qui l'actionne selon une séquence de fonctionnement prédéterminée, par exemple : un impact toutes les 10 secondes pendant 5 minutes, puis 60 minutes d'arrêt. Cette unité de gestion dialogue avec une salle de conduite extérieure d'où peut être déclenchée la séquence de fonctionnement. La séquence de fonctionnement peut également être déclenchée localement, par un opérateur intervenant sur la tuyauterie dans laquelle se trouve le générateur de choc. Le dimensionnement du noyau 4 de sa course dans l'évidement 17 et de la masse 3 est fonction du niveau d'énergie à développer (au maximum 1 joule). La précision du réglage de l'énergie d'impact et de la linéarité de l'accélération de la masse 3 est inférieure à 5 %. Le calibrage ainsi obtenu est d'une haute reproductibilité. Le volume total du générateur de choc est inférieur à 1 dm3 ; sa masse est inférieure à 3 kg. La structure porteuse 1 et la masse 3 sont choisies en des matériaux résistants à la corrosion. Les orifices 9 prévus sur la jupe cylindrique 8 permettent la dissipation de la chaleur de fonctionnement due à la cadence élevée des impacts. Le choc de la masse 3 sur la paroi 2 qui sert d'élément formant enclume ne provoque aucune déformation permanente sur cette paroi 2. Le dispositif pour le contrôle d'un système de surveillance pour la détection de corps errants proposé par l'invention comprend avantageusement plusieurs tels générateurs de chocs. Ceux-ci sont disposés à proximité des capteurs accélérométriques. Les simulations qu'ils réalisent couvrent en fréquence tout le spectre de cadences de chocs. La fiabilité du système de surveillance en est augmentée. Dans le cas d'une unité de circuit primaire de centrale nucléaire, la sécurité est améliorée. D'autres variantes de générateurs de chocs sont bien entendu possibles. En particulier, le générateur de chocs peut être fixé sur l'élément formant enclume (paroi de tuyauterie ou autre) du circuit de fluide par tous moyens connus et par exemple par des moyens de fixation magnétique. L'impulsion de fonctionnement fournie à l'électro-aimant peut être générée par d'autres moyens que par un circuit à condensateur. Le ressort 22 peut être remplacé par un deuxième électro-aimant monté, sur les parois du corps 15, dans une structure d'amortissement pneumatique. Ce deuxième électroaimant est activé, lors de la course de retour du noyau pour bloquer ce noyau par rapport à lui et ainsi assurer, d'une part, un amortissement pneumatique du mobile et, d'autre part, le blocage du noyau dans sa position de repos, lorsque celle-ci est atteinte. REVENDICATIONS 1. Générateur de chocs calibrés comportant une masse (3) destinée à heurter un élément formant enclume (2), caractérisé en ce qu'il comporte un noyau (4) ferromagnétique qui porte la masse, ainsi qu'un électroaimant (5) qui déplace axialement le noyau (4) et la masse (3) à partir d'une position de repos vers une position où la masse heurte l'élément formant enclume (2), ce générateur comportant également des moyens (22) pour, après le choc de la masse sur l'élément formant enclume, rappeler et maintenir le noyau (4) et la masse (3) dans leur position de repos. 2. Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un entrefer entre un élément (20) du circuit magnétique de l'électro-aimant (5) et le noyau (4) est tronconique. 3. Générateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'électro-aimant (5) est commandé par un circuit électrique qui comporte des moyens (24, 27) pour délivrer audit électro-aimant une impulsion électrique qui déplace le noyau (4) et la masse (3) à partir de leur position de repos, et en ce que la durée de cette impulsion est inférieure à la durée de déplacement de la masse (3) de sa position de repos à sa position où elle heurte l'élément formant enclume (2). 4. Générateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit électrique comprend une source de tension (U), au moins un condensateur (24) monté entre les bornes de cette source (U) et un commutateur (27) qui commande alternativement le chargement du condensateur(24) par ladite source (U) et le déchargement de ce condensateur (24) dans l'électro-aimant (5), ce déchargement réalisant l'impulsion électrique de commande dans l'électro-aimant (5). 5. Générateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit électrique est commandé par un système de gestion qui actionne le commutateur (27) selon une séquence prédéterminée. 6. Générateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la masse (3) est montée de manière désolidarisable sur le noyau (4). 7. Générateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le noyau (4) est disposé, avec un bobinage de l'électro-aimant (5) qui l'entoure, dans un corps creux (1) dans lequel ledit noyau (4) coulisse selon l'axe de déplacement de la masse (3), ledit noyau (4) étant prolongé par une tige (21) amagnétique débouchant à l'extérieur dudit corps (1), cette tige (21) portant, à son extrémité opposée audit noyau (4), la masse (3). 8. Générateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que ce corps creux (1) est porté par un socle (6) creux fixé sur l'élément formant enclume (2), ce socle (6) présentant une jupe de protection (8) entourant la zone de déplacement de la masse (3). 9. Générateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que la jupe (8) du socle (6) présente des ouvertures (9) réparties régulièrement sur son contour. 10. Générateur selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les moyens de rappel comportent un deuxième électro-aimant monté sur un dispositif d'amortissement pneumatique par rapport aux corps du générateur de choc. 11. Générateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de rappel (22) sont constitués par un élément formant ressort. 12. Dispositif pour le contrôle d'un système permettant la détection de corps errants dans une tuyauterie (2) dans laquelle circule un fluide, comportant un générateur de chocs, caractérisé en ce que ce générateur de chocs est un générateur de chocs calibrés selon l'une des revendications précédentes, l'élément formant enclume étant fixe par rapport à la tuyauterie.