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L'invention concerne un dispositif acoustique de surveillance d'une
installation industrielle pour détecter des chocs éventuels de corps en
migration dans l'installation.
Dans un réacteur nucléaire ou dans une installation industrielle quel-
conque comportant un grand nombre d'organes tels que des tuyauteries desrécipients et des vannes dans lesquels des fluides sont en circulation, il
existe un risque de dégradation des structures de l'installation, du fait
qu'un organe mécanique, tel qu~lm boulon, une rondelle ou un élément d'une
vann~ peut se détacher pour devenir un corps migrant, se dépla~ant à gran-
de vitesse dans l'installation, si le fluide circule lui-même à grande vi-
tesse.
En effet, dans de telles installations, du fait des contraintes subies
par les pièces en service, il peut se produire des ruptures locales plus
ou moins complètes qui peuvent évoluer jusqu'au point ou la pièce se déta-
che et est entra~née par l'écoulement pour devenir un corps migrant dans
l'installation.
Dans les réacteurs nucléaires en particulier, ces contraintes généra-
trices de ruptures peuvent être d'origine thermique ou mécanique et leur
effet peut ~etre accru par la corrosion.
Il existe des zones des circuits hydrauliques des Installations men-
tionnées ci-dessus où les corps migrants ont tendance à venir heurter une
partie de l'installation, de fac,on préférentielle. Par exemple, dans le
cas d'une tuyauterie comportant des vannes, ces endroits préférentiels
peuvent être les coud~s de la tuyauterie, les points bas ou encore les
corps de vannes.
Dans le cas des réacteurs nucléaires à eau sous pression, l~impact
des corps migrants sur certaines parties du circuit primaire peut être
particulièrement dangereux puisque les vitesses d'écoulement des fluides
sont très élevées de l'ordre de 10 à 15 m par seconde. De tels impacts peu-
vent donc provoquer des dégâts im~ortants sur le circuit du réacteur.
Ces dégâts sont d'autre part d'autant plus difficile à réparer que lereacteur à dejà fonctionné et qu'il faut alles effectuer des réparations
dans des zones soumises à des rayonnements de particules ionisantes.
Il importe donc de détecter très rapide~ent de tels corps ~igrants,
dès les premiers impacts sur la structure du circuit, de fac,on à prendre
en salle de commande les décisions qu'il convient pour éviter des dégats
importants dans le réacteur.
On sait depuis longtemps détecter le choc de deux pièces métalliques,
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en utilisant des capteurs acoustiques placés sur la structure ou des micr~
phones placés dans l'air au voisinage de la structure subissant les chDcs.
Lorsque des ondes acoustiques produites par un choc métal sur métal sont
captées par les détecteurs ou les microphones, on transforme l'émission
recue pour émettre un signal de type impulsionnel.
On a donc songé à installer au voisinage des zones ou la probabilité
d'impact est grande, des capteurs qui peuven~ être disposés également au
voisinage des pièces dont la probabilité de rupture est impor~ante.
En fait dans des installations industrielles telles que des réacteurs
nucléaires, le capteur peut très bien répondre à d'autre sollicitations
que celles qui correspondent au phénomène de choc ou de rupture qu'on es-
saie de surveiller. Des bruits d~origine très diverse, tel que le bruit
acco~agnant la fermeture du clapet d'une vanne~ le mouvement des barres
de contr~le ou d'a~res organes mobiles peuvent créer des signaux acousti-
ques de type impulsionnel qui sont observés aux bornes des capteurs et q~ipeuvent 8~e pris pour des signaux résultant d'un impact entre deux pièces
métalliques dans la zone surveillée.
Même en utilisant des capteurs tels que les capteurs piézo_électriques
d'émission acoustique dont les fréquences de réponse sont relativement éle-
vées ( au-dessus de SO kHz) et dont la zone de sensibilité est plus faible,
que, par exemple celles des accéléromètres qui prennent en compte les com-
- posan~s basse fréquence des zones acoustiques, il n'est pas possible d'opé-
rer une discrimination efficace entre les signaux dus aux ~pacts des~mi-
grants et les signaux dus à d'autres causes dans d'autres parties de l'ins-
tallation.
En particulier~ les dispositifs connus actuellement ne penmettent pas
de distinguer une faible sollicitation acoustique dont la source est pro-
che d'une sollicitation plus importante créée à grande distance.
Dans le cas des réacteurs nucléaires, les dispositifs connus actuelle-
ment ne permettent pas de distinguer par exemple les ondes acoustiquesdues à un impact sur le fond d'un générateur de vapeur par exemple et la
fermeture d'un clapet à une très grande distance de la zone où est situé
le capteur. L'exploitation des enregistrements des capteurs par un dispo-
sitif électronique de surveillance com~ortant de simplesmo~ens de compta-
_ 35 ge ou d'enregistrement n'est donc pas possible car il faut prendre en comp-
te l'allure des signaux et les analyser en utilisant un oscilloscope.
De plus, un parasi~e électrique peut être percu par la cha~ne de sur-
veillance comme une impulsion acoustique, ce qui est la cause de fausses
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alarmes.
Le but de l'invention est donc de proposer un
dispositif acoustique pour la surveillance d'une installation
industrielle, pour la détection des chocs éventuels de corps
en migration dans l'installation. Ce dispositif utilise des caPteurs
acoustiques pour détecter des ondes émises lors des chocs des
corps migrants et permet de ne prendre en compte que les
signaux acoustiques relatis a des impacts des corps migrants
dans la zone surveillée, a l'exclusion de tout autre phéno-
mène acoustique ou électrique perturbateur.
Plus particulièrement~la présente invention concerneun dispositif acoustique de surveillance d'une installation
industrielle pour detecter des chocs éventuels de corps en
migration dans l'installation, utilisant des capteurs acousti-
ques d'ondes emises lors des chocs des corps migrants etcomportant au moins un ensemble de deux capteurs acoustiques
disposés au contact d'une paroi de l'installation ou à son
voisinage, en deux points différents de l'installation entre
les~uels on veut effectuer la surveillance. Le dispositif
comporte é~alemen~ une chalne de mesure et d'alarme à laquelle
sont reliés les capteurs comportant un moyen de mesure de
l'écart dans le temps entre la réception des ondes acousti-
ques sur l'un et l'autre capteur et est caractérisé par le
fait que la chalne de mesure et d'alarme comporte en outre
un moyen de comparaison de cet écart avec au moins un ensem-
ble de deux valeurs prédéterminées et un moyen d'alarme
qui se déclenche si l'écart se situe entre les deux valeurs
prédéterminées.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va
décrire à titre d'exemple non limitati~, en se reportant aux
figures jointes en annexe, un mode de réalisation du disposi-
tif suivant l'invention utilisé pour la surveillance d'une
portion de canalisation à l'intérieur de laquelle se déplace
un fluide pouvant renfermer des corps migrants.
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La figure l représente un premier mode de réalisa-
tion du dispositif suivant l'invention dans une vue schémati-
que et en position sur la portion de canalisation.
La figure 2 représente les signaux reçu sur chacun
des capteurs et le signal représentatif de l'écart dans le
temps entre la réception des ondes acoustiques sur l'un et l'autre
capteurs.
La figure 3 represente un second mode de réalisation
du dispositif suivant l'invention, de façon schématlque et
en position sur une portion de canalisation et avec une
possibilité de determination du tronçon de canalisation dans
lequel a lieu l'impact.
Sur la figure 1 on voit une portion de canalisation
l sur laquelle sont disposés en deux endroits séparés par une
longueur 1 de la canalisation, deux capteurs acoustiques
3 et 4 relies à la chalne de mesure et d'alarme par l'inter-
mediaire d'amplificateurs 5 et 6 respectivement.
On désigne par O le point milieu de la canalisa~ion
entre les capteurs acous~
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tiques 3 et 4, par C le centre d'une zone 7 de la canalisation que l'on
désire surveiller et par D et E les points extr~emes de cette zone placée
sous surveillance,
Lorsque un choc se produit au point C7 une onde acoustique prend nais-
S sance, se propage dans la canalisation avec une vitesse constante connuedépendant du matériau constituant la canalisation.
Même si le système d'ondes créé au moment de l'impact et complexe et
que divers types dlondes prennent alors naissance (onde longitudinale,
onde transversale, onde de Lamb, ou onde de sur~ace), tout se passe à
partir d'une certaine distance de l'impact ~mme si les vibrations acous-
tiques se propageaient à la vitesse des ondes de surface.
Dans le cas d'une canalisation en acier, la vitesse des ondes de sur-
face est environ c = 3.000m par seconde.
Pour tous les points du segmene compris entre les capteurs 3 et 4, il
est possible de définir une différence de temps de parcours
~ t 1.2 - tl - t2 ou ~ t 2.1 = t2 - tl,
le point pour lequel~ t 1.2 = A t2.1 = O étant situé au centre O du
segment de canalisation.
Si l'on désigne par A et B les points de la canalisation où sont pla-
cés les capteurs 3 et 4 respectivement, on a : tl = CA et t2 = CB
La cha~ne de mesure et d'alarme comporte un dispositif ô permettant
la mesure de la différence de temps d'arrivée des ondes acoustiques venant
du capteur 3 et du capteur 4, les signaux captés étant amplifiés au niveau
des dispositiis amplificateurs 5 et 6 respectivement.
On voit sur la figure 2 le diagramme représentant l'onde acoustique
rec,ue par le capteur 3, l'onde acoustique rec,ue par le capteur 4 et le si-
gnal émis par le dispositif de mesure de la différence de temps d'arrivée
8. Le signal représentatif de la différence de temps d'arrivé t est re-
c,u par un comparateur 9 qui rec,oit également des signaux représentatifs
de deux valeurs de ~ t (L~t mini et dt maxi) par l'intermédiaire d'un dis-
posieif de règlage d'écart 10.
Les valeurs de~t mini etL~t maxi correspondent à l'écart entre des
signaux d'impact au point D et au point E respectivement, ces points de-
limitant la zone 7 à l'intérieur de laquelle on effectue la surveillance
acoustique.
Le comparateur 9 &et un signal lorsque le ~ t mesuré se situe entre
t mini et ~ t maxi~ ce signal donnant lieu au niveau du dispositif de
comptage et d'affichage 11 à l'impression d'un message correspondant à la
~ s~
s
présence d'un impact dans la zone surveillée.
Simultanément une alarme 12, par exemple un signal lumineux, permet
de visualiser parfaitement la présence de l'impact.
Une horlo~e 14 permet de dater de facon précise les différents impac~
Le ~oix de la position des capteurs 3 et 4 sur la canalisation, par
r~rt à la zone 7 dont on effectue la surveillance est choisie pour que
la sensibilité des mesures soit maximale. On évite bien sur une position
centrée du segment D, E par rapport aux point A, B où se trouvent les cap-
teurs 3 et 4, car alors les valeurs de~t dans la zone surveillée seraiert
nulles ou très faibles, ce qui ne permettrait pas de les distinguer de pa-
rasites électriques pour lesquels lel~t, ainsi qu'il est visible sur la
figure 2 est nul.
En effet, l'apparition d'un parasite électrique 15 sur les signaux
recus par les capteurs 3 et 4 est simultanée alors que les signaux acous-
tiques re~us par les capteurs sont décalés dans le temps d'un écart~t.
Par le choix de la position des capteurs, on peut donc reconna~trede fa~on sûre les signaux dûs aux impacts dans la zone surveillée.
En se reportant à la figure 3, on voit une portion de canalisation 21
sur laquelle ont été disposés des capteurs auustiques 23 et 24 reliés à
une cha~ne de mesure ~r l'intermédiaire d'amplificateurs 25 et 26.
Cumme précédemment, la chaîne de mesure comporte un dispositif 28 de
mesure de l'écart dans le temps entre la réception des signaux sur l'un
et l'autre capteurs et un comparateur 29 recevant les valeurs de~ t mini
et t maxi(pour 4 zones au lieu d'une seule dans ce cas cependant).
De plus, suivant l'intervalle ~ t mini a t maxi dans lequel a été re-
péré le~ t mesuré, le comparateur 29 transmet un signal à un dispositif
de comptage et d'affichage correspondant à la zone 31, 327 33 ou 34 dont
l'intervaLe4 t mini - at maxi encadre la valeur du ~ t mesuré.
La cha~ne de mesure et d'affichage comporte donc 4 unités de compta-
ge et d'affichage 41, 42, 43 et 44 voyants lumineux 45> 46, 47 et 48.
De plus, comme précédemment une horloge 50 permet de dater précisém-
ment les impacts enregistrés au niveau des diverses zones surveillées.
On voit que les principaux avantages des dispositifs suivant l'inven-
tion sont de permettre une discrimination parfaite entre les signaux pro-
venant des impacts dans une zone précise surveillée et des signaux para-
sites, d'être d'une mise en place extrêmement facile sur une installation
in~ustrielle, à partir du moment ou cette installat$on a une certaine
structure linéaire et de permettre une localisation plus précise des im-
BZ
pacts dans des zones surveillées situées entre les deux capteurs.
Mais l'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vientd'être décrit, elle en comporte au contraire toutes les variantes.
C'est ainsi que l'on peut mettre en surveillance un nombre de zones
quelconque disposées entre les deux capteurs, qu'on peut même opérer une
surveillance sur toute la zone d'installation romprise entre les deux cap-
teurs à l'exclusion touteois de la partie centrale équidistante des
deux capteurs pour laquelle une discrimination précise des gignaux ne se-
ra pas possible.
Il est possible d'utiliser des capteurs acoustiques d'un type quelcon-
que qu'ils soient du type accéléromètre ou du type piézo-électrique à
partir du moment où l'on associe à ces capteurs un dispositif de mesure
de différence de temps d'arrivée des signaux qui soit compatible avec
ces capteurs.
On peut utiliser un dispositif d'alarme quelconque que cette alarme
soit lumineuse ou sonore ou encore se concrétise uniquement par un enre-
gistrement aver ou sans action simultanée automatique sur un dispositif
de commande.
Enfin, le dispositif de surveillance suivant l'invention peut être
utilisé non seu~ment dans le cas des canalisations mais encore dans le
cas de toute installation industrielle ayant au moins partiellement une
~ructure linéaire, parcourue ou non par un fluide à grande vitesse.
Néanmoins, l'invention trouve une application préférentielle dans le
cas d'une installation de forme linéaire parcourue par un fluide à gran-
de vitesse telle qu'une portion du circuit primaire d'un réacteur nuclé-
aire à eau sous pression.
