Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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BRACELET POUR DÉPLACER DES CAPTEURS ULTRASON14UES
LE LONG D'UN TUYAU
CHAMP DE L'INVENTION
La présente invention concerne un bracelet pour déplacer des capteurs le long
d'un tuyau droit ou en coude, tel qu'utilisé pour mesurer l'épaisseur ou une
autre
caractéristique physique du tuyau à l'aide de capteurs ultrasoniques ou
d'autres
types.
CONTEXTE DE L'INVENTION
Les conduits d'eau utilisés dans les réacteurs nucléaires sont sujets à des
problèmes de corrosion ou d'érosion à long terme dus à l'écoulement de l'eau,
aussi connus sous le nom anglais "Flow Assisted Corrosion" ou "corrosion par
écoulement". Ces problèmes conduisent à l'amincissement des tuyaux et
éventuellement à leur éclatement. Des inspections préventives et régulières
doivent ainsi être effectuées afin de détecter tout amincissement dans les
tuyaux.
Les sections pliées des tuyaux sont spécialement vulnérables à ce type de
corrosion, mais elles sont difficiles à inspecter. Aussi, les tuyaux dans les
réacteurs nucléaires sont difficiles à atteindre dans des endroits encombrés.
Les appareils connus qui sont utilisés pour mesurer l'épaisseur de ces tuyaux
sont
mal équipés pour fournir des lectures précises. De plus, ceux-ci sont
encombrants
et difficiles à opérer.
Connu de l'art, il existe le bracelet utilisé par le département d'inspection
et de
maintenance spécialisée ou "SIMD" d'Ontario Hydro. Le bracelet "SIMD" a une
portion au milieu de saisie et des pattes pivotantes latérales attachées à la
portion
du milieu de saisie. Les pattes pivotantes latérales contiennent des supports
n'abritant que peu de capteurs ultrasoniques. Un encodeur est monté au centre
de
la partie du milieu de saisie. De petits aimants sont utilisés pour maintenir
les
supports en contact avec la surface d'un tuyau. Une tige flexible et courbée
est
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attachée aux bords latéraux des pattes pivotantes pour maintenir celles-ci
dans
une position ouverte forcée.
Pour utiliser le bracelet "SIMD", un utilisateur doit forcer' manuellement les
pattes
contre un tuyau à inspecter. L'inspection du tuyau est effectuée en trois (3)
passes
distinctes qui sont espacées l'une de l'autre d'environ 30° puisque le
bracelet
couvre de manière discontinue moins de la moitié de la circonférence du tuyau.
Les passes sont par la suite combinées à l'aide d'un programme logiciel qui
produit une image du tuyau inspecté. Le bracelet "SIMD" requiert une grande
dextérité de la part de l'opérateur afin d'assurer que chacune des trois (3)
passes
soit parfaitement alignée.
Connu dans l'art, il existe les brevets américains : 5,174,155 (SUGIMOTO);
4,375,165 (DE STERKE); 3,602,036 (PETERSON); 3,921,440 (TOTH); 5,585,565
(GLASCOCK et al.); 5,619,423 (SCRANTZ); 5,583,292 (KARBACH et al.);
6,003,377 (WAAG et al.); 5,963,030 (STARK); 4,586,379 (BURCKHARDT Jr.);
4,467,654 (MURAKAMI et al.); 5,359,897 (HAMSTEAD et al.); 5,313,837
(HAYNES); 4,307,616 (VASILE); 5,438,872 (KOBAYASHI et al.); 4,679,437
(KOIKE et al.); 4,312,230 (BRICKER et al.); 5,756,898 (DIATSCHENKO et al.);
6,000,288 (KWUN et al.); 4,285,242 (BRAITHWAITE); 4,117,733 (GUGEL);
5,770,800 (JENKINS et al.); 4,295,092 (OKAMURA); 5,138,644 (McARDLE et al.);
5,965,818 (V11ANG); 4,922,748 (HOPENFELD); et 4,779,453 (HOPENFELD) qui
montrent divers appareils pour inspecter des tuyaux, mais qui sont mal ou
simplement pas adéquats pour inspecter l'épaisseur d'un tuyau avec des
sections
en coude.
SOMMAIRE DE L'INVENTION
Un objectif de la présente invention est de fournir un bracelet pour déplacer
des
capteurs le long d'un tuyau, tel qu'utilisé pour mesurer l'épaisseur ou une
autre
caractéristique physique du tuyau, qui soit adapté pour des tuyaux courbés ou
en
coude, qui soit facile à utiliser même dans des espaces encombrés, et qui ne
souffre pas des désavantages de l'art antérieur.
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Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel bracelet qui permet
l'inspection
cohérente et continue d'un tuyau ayant des sections en forme de coude ou pas.
Un autre objectif de (invention est de fournir un tel bracelet qui peut
maintenir
l'espacement entre !es capteurs ultrasoniques tout en suivant la surface à
être
inspectée de manière à avoir un bon contact entre les capteurs et le tuyau.
Selon la présente invention, il est fourni un bracelet pour déplacer des
capteurs le
long d'un tuyau, comprenant
un nombre de supports positionnables et disposés côte à côte pour soutenir
de manière amovible les capteurs respectivement;
une attache flexible pour maintenir les supports dans un arrangement
pliable, côte à côte et en série, l'attache ayant des extrémités opposées
s'étendant
au-delà des supports à des extrémités opposées de l'arrangement en série; et
un cadre ayant une surface intérieure ouverte et circulaire pour installation
autour du tuyau, et une surface latérale réceptrice circulaire et
longitudinale le long
de Laquelle l'arrangement en série des supports est monté, la surface latérale
réceptrice étant munie de membres d'attache se projetant aux deux extrémités
de
l'arrangement en série des supports, les extrémités de l'attache étant
supportées
par les membres d'attache.
Préférablement, lorsque les capteurs sont des capteurs ultrasoniques, chaque
support a un canal de couplage liquide muni d'une ouverture inférieure
s'étendant
sous le capteur soutenu par le support.
Préférablement, l'attache flexible est attachée au cadre par l'entremise d'une
courroie élastique s'étendant au-dessus des supports et les pressant contre le
tuyau pour permettre un meilleur contact avec celui-ci.
Ä l'aide du bracelet susmentionné, les tuyaux ayant des sections en coude
peuvent être inspectés en une seule passe continue, et avec un minimum
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d'entraînement requis par l'opérateur / utilisateur et sans avoir à démonter
le
tuyau.
BR~VE DESCRIPTION DES FIGURES
L'invention ainsi que ses nombreux avantages seront mieux compris par la
suivante description non-restrictive de réalisations préférentielles en
référence aux
dessins annexés dans lesquels
La Fig. 1 est une vue en perspective d'un support pour un capteur ultrasonique
selon la présente invention;
La Fig. 2 est une vue en perspective d'un capteur ultrasonique qui peut être
inséré
dans un support selon la présente invention;
La Fig. 3 est une vue de dessus du support montré à la Fig. 1;
La Fig. 4 est une vue de dessous du support montré à la Fig. 1;
La Fig. 5 est une vue transversale du support montré à la Fig. 1;
La Fig. 6 est une vue de côté du support montré à la Fig. 1;
La Fig. 7 est une vue explosée et en perspective d'un support muni d'un
couvercle
selon la présente invention;
La Fig. 8 est une vue en perspective d'un support muni d'un couvercle selon la
présente invention;
La Fig. 9 est une vue de dessus d'un arrangement pliable de supports en série
et
disposés côte à côte;
La Fig. 10 est une vue de côté d'un arrangement de supports en série, tel que
montré à la Fig. 9;
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La Fig. 11 est une vue en perspective d'un cadre recevant l'arrangement de
supports montés en série, tel que montré à la Fig. 9 selon la présente
invention;
La Fig. 12 est une vue de côté d'un bracelet fermé selon ~a présente
invention;
La Fig. 13 est une vue en perspective d'un bracelet ouvert selon la présente
5 invention; et
La Fig. 14 est une vue de côté du bracelet montré à la Fig. 13.
DESCRIPTION DES RÉALISATIONS PRÉFÉRENTIELLES
En référence à la Fig. 13, on montre un bracelet 14 pour déplacer des capteurs
ultrasoniques 12 le long d'un tuyau (non illustré), selon la présente
invention. Le
bracelet 14 comprend ûn nombre de supports 10 positionnables et disposés côte
à côte pour soutenir de manière amovible les capteurs 12 respectivement.
En référence à la Fig. 2, on montre un capteur mono-ultrasonique conventionnel
12 qui peut être utilisé dans le bracelet 14 selon la présente invention. Bien
entendu, d'autres types de capteurs peuvent aussi être utilisés à sa place.
Par
exemple, des capteurs à angle (non montrés dans les figures) peuvent être
utilisés
pour détecter des fissures dans le tuyau. Les capteurs peuvent être utilisés
pour
effectuer des mesures volumétriques ou pour mesurer d'autres caractéristiques
physiques du tuyau.
En référence aux Figs. 1-8, dans le cas où les capteurs 12 sont des capteurs
ultrasoniques, chaque support 10 a un canal de couplage liquide 16 muni d'une
ouverture inférieure 18 s'étendant sous le capteur 12 qui est soutenu par le
support 10.
L'espace entre le capteur 12 et l'ouverture inférieure 18 du support 10 est
appelé
en anglais "probe water chamber" ou "chambre d'eau du capteur ". En
utilisation,
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la chambre d'eau du capteur est remplie d'un liquide de couplage qui forme une
colonne d'eau couplant le bas du capteur 12 et la surface du tuyau.
Le principe pour mesurer l'épaisseur d'un tuyau à l'aide d'ultrasons est bien
connu
dans ce contexte. Un signal ultrasonique est dirigé vers le tuyau par le
capteur
ultrasonique 12 à travers le liquide de couplage contenu dans l'ouverture
inférieure
18 (chambre d'eau du capteur). Le capteur ultrasonique 12 perçoit ensuite les
échos du signal ultrasonique réfléchi. Le temps écoulé entre les deux échos
est
mesuré. Puisque la vitesse du son dans le matériel du tuyau est connue,
l'épaisseur du tuyau peut être calculée. Un appareil pour calculer l'épaisseur
de
tuyaux à l'aide du bracelet 14 selon la présente invention est connu sous le
nom
commercial "TOMOSCAN" de la société RDlTech.
En usage, le capteûr ultrasonique 12 est positionné à une distance
substantiellement constante du tuyau à inspecter. Le liquide de couplage, tel
que
de l'eau ou une solution acoustique à base d'eau, est utilisé pour assurer un
bon
couplage entre le capteur 12 et la surface du tuyau.
Les dimensions de l'ouverture inférieure 18 du support 10 sont déterminées à
partir des caractéristiques acoustiques du capteur 12 et des dimensions du
tuyau
à inspecter. La hauteur de l'ouverture inférieure 18 est déterminée de manière
à
ce que le temps de déplacement du signal ultrasonique dans la colonne d'eau
soit
plus long que le temps de déplacement du signal ultrasonique dans le tuyau. La
hauteur de l'ouverture inférieure 18 doit toutefois être minimisée afin de
s'assurer
que le bracelet 14 ne devienne pas trop encombrant.
En usage, la base ou la surface inférieure 54 du support 10 est glissée le
long du
tuyau à inspecter et est contrainte à l'usure due à la friction. Pour réduire
l'usure,
la surface inférieure 54 peut être faite d'aluminium anodisé dur. D'autres
matériaux, tels que du laiton ou des plastiques ou de l'acier inoxydable
peuvent
aussi être utilisés.
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Ainsi qu'il est mieux montré à la Fig. 6, la surface inférieure 54 du support
10 peut
être munie de patins fil se projetant vers le bas sur des portions
transversales et
opposées 68 du support 10. L'ouverture inférieure 18 du canal de couplage
liquide
16 s'étend entre les patins 61 et définit un renfoncement 63 entre les patins
61.
En usage, les patins 61 forment des points de contact entre le support 10 et
le
tuyau quand le support glisse sur le tuyau. Les patins 61 permettent au
support 10
d'être perpendiculaire par rapport à la surface du tuyau.
En référence aux Figs. 1-4, chaque support 10 a préférablement un trou
vertical
36 pour recevoir un des capteurs 12. Le trou 36 a une ouverture inférieure 38
communiquant avec l'ouverture inférieure 18 du canal de couplage liquide 16,
tel
qu'il est mieux montré à la Fig. 3. Le trou vertical 36 a aussi une butée 40
se
projetant à l'intérieur dû trou 36 près de l'ouverture inférieure 38 de celui-
ci, contre
lequel le capteur 12 s'appuie quand le capteur 12 est inséré dans le trou 36.
En référence aux Figs 9 et 10, le bracelet 14 comprend une attache flexible,
et qui
est préférablement une ficelle 20, pour maintenir les supports 10 côte à côte
dans
un arrangement pliable et en série 22. L'attache a des extrémités opposées 24
s'étendant au-delà des supports 10 à des extrémités opposées 26 de
l'arrangement en série 22. La ficelle 20 lie les supports 10 les uns aux
autres.
La ficelle 20 se boucle aux extrémités opposées 24 de l'attache et s'étend à
travers des portions latérales et opposées 58 des supports 10. La ficelle 20
peut
être formée d'un câble en métal mince recouvert de plastique. La ficelle 20
peut
aussi être faite de plastique seulement.
Des petites billes (non illustrées} peuvent ëtre insérées dans la ficelle 20
entre
chaque support 10 pour maintenir une distance uniforme entre chaque support
10.
En référence aux Figs 1, 5-8 et 10, les portions latérales 58 de chaque
support 10
peuvent avoir des rainures inférieures et transversales 60 recevant des
sections
de la ficelle 20. Dans cette configuration, les portions latérales 58 de
chaque
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support 10 peuvent recevoir des éléments de blocage qui servent à maintenir
les
sections de la ficelle 20 en place à l'intérieur des rainures 60. Les éléments
de
blocage peuvent être formés d'un ensemble de vis 64 (voir Fig. 10) insérées
dans
des trous 62 (voir Fig. 4) pour empêcher la ficelle 20 dé glisser à
l'extérieur des
rainures 60.
Alternativement, le support 10 peut avoir un ou deux trous transversaux 66
(montrés en lignes pointillées) au lieu des rainures 60, pour permettre le
passage
des sections de la ficelle 20 à l'intérieur du support 10 dans des portions 68
du
support 10 transversales et opposées.
En référence aux Figs 11-14, le bracelet 14 comprend un cadre 28 ayant une
surface intérieure ouverte et circulaire 30 pour installation autour du tuyau.
Le
cadre 28 a aussi une surface latérale réceptrice circulaire et longitudinale
32 le
long de laquelle l'arrangement en série 22 de supports 10 est monté, tel qu'il
est
mieux montré à la Fig. 13. La surface latérale réceptrice 32 est munie de
membres
d'attache 34 se projetant aux deux extrémités 26 de l'arrangement en série 22
de
supports 10. Les extrémités de l'attache 20 sont supportées par les membres
d'attache 34.
Le cadre 28 du bracelet 14 peut avoir une surface latérale réceptrice
longitudinale
supplémentaire 72. Les deux surfaces latérales réceptrices 32, 72 sont
espacées
l'une de l'autre et se font face. L'arrangement en séries 22 de supports 10
s'étend
ainsi entre les surfaces latérales réceptrices 32, 72.
En référence aux Figs 9, 10, 11 et 13, les membres d'attache 34 peuvent être
formés d'une paire de tiges d'espacement transversales 34 s'étendant entre les
surfaces latérales réceptrices 32, 72. La ficelle 20 est bouclée autour des
tiges
d'espacement 34 à chaque extrémité 24 de l'attache.
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Chaque tige d'espacement 34 peut avoir des rainures de guidage périphériques
78 (tel que montré à la Fig. 11 ) qui sont espacées l'une de Pautre et qui
guident
des sections de la ficelle 20 autour de la tige d'espacement 34.
Les supports 10 peuvent avoir respectivement des rebords de projection
supérieurs et latéraux 74, illustrés aux Figs 1, 5-8 et 10. Les surfaces
latérales
réceptrices 32, 72 peuvent avoir respectivement des rebords de projection
inférieurs et circulaires 76 qui bloquent le passage aux rebords 74 des
supports
10, pour ainsi les empêcher de se décrocher du bracelet 14.
En référence aux Figs 7 et 8, le support 10 peut être muni d'un couvercle
amovible
42 s'étendant au-dessus du trou 36. Le couvercle 42 a un passage 44
communiquant avec le canal de couplage liquide 16 lorsque le couvercle 42 est
attaché au support 10.' Le couvercle 42 a un trou arrière 46 recevant une vis
48
pour maintenir le couvercle 42 sur le support 10. Le couvercle 42 a un trou
central
50 recevant une vis 52 qui maintient aussi le couvercle 42 sur le support 10.
Un
tuyau 54 fournissant le liquide de couplage est inséré dans le passage 44 du
couvercle 42.
Lorsque le bracelet 14 est déplacé le long de la surface rugueuse d'un tuyau,
l'injection du liquide de couplage peut causer des bulles qui distordent les
lectures
des capteurs 12. Ainsi, ces bulles peuvent être préférablement éliminées par
une
rainure 71.
En référence à la Fig. 4, une manière d'éliminer ou au moins réduire les
bulles est
de fournir un support 10 dans lequel l'ouverture inférieure 18 du canal de
couplage
liquide 16 s'étend sur une portion majeure d'une surface inférieure 54 du
support
10.
En référence aux Figs 1, 3 et 9, chaque support 10 a une surface supérieure 70
qui peut étre munie d'une rainure 71 s'étendant à partir du trou vertical 36
jusqu'à
un côté 58 du support 10. La rainure 71 communique avec l'ouverture inférieure
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18 du canal de couplage liquide 16 du support 10. Ces rainures 71 permettent à
des câbles et des tubes d'être insérés à l'intérieur de celui-ci. Afin de
faciliter
l'insertion des câbles et des tubes, chaque rainure 71 peut avoir une
configuration
différente de celle qui est illustrée dans les figures. Par exemple, la
rainure 71
5 peut s'étendre plus à la gauche ou à la droite du support 10 dépendant de la
position de chaque support 10 par rapport aux câbles et aux tubes à être
insérés.
En référence aux Figs 9, 10 et 12, une courroie 80 élastique et détachable
(tel que
montré à la Fig. 12) s'étend préférablement au-dessus des supports 10 entre
les
surfaces réceptrices latérales 32, 72 pour attacher des portions en boucle 56
de la
10 ficelle 20 se bouclant autour des tiges d'espacement 34 et au-dessus des
supports
10.
La courroie 80 a la prôpriété inhérente d'exercer une pression sur les
supports
dans le cadre 28 pour s'adapter à des irrégularités de surface du tuyau et
maintenir le meilleur contact avec celui-ci. D'autres arrangements convenables
pour presser les supports peuvent être utilisés dans le mëme but.
En référence aux Figs 11 à 14, le cadre 28 est préférablement muni de paires
de
rouleaux 82 distribués en circonférence et s'étendant derrière les surfaces
latérales réceptrices 32, 72 et ayant des surfaces de roulement 84 se
projetant au-
delà de la surface intérieure circulaire et ouverte 30, tel que mieux montré à
la
Fig. 14, pour permettre le déplacement du bracelet 14 le long du tuyau.
Préférablement, le bracelet 14 possède en outre un fermoir ouvrable 86
s'étendant
entre des extrémités ouvertes 88 du cadre 28 pour permettre de fermer le
bracelet
14 autour du tuyau.
Le fermoir 86 peut être formé d'une paire de pattes 90 connectées
respectivement
de manière pivotante aux extrémités ouvertes 88 du cadre 28, pour former des
extensions complémentaires à celles-ci. Le fermoir 86 peut aussi avoir une
attache pour attacher les pattes 90 l'une à l'autre.
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Tel que montré à la Fig. 12, l'attache peut ëtre un ressort 92 ayant une
extrémité
attachée à l'une des pattes 90 et une extrémité opposée attachée à un levier
de
serrage 94 monté sur l'autre patte 90 et qui peut ëtre actionnée de manière
sélective pour tirer et relâcher le ressort 92. '
Les pattes 90 peuvent aussi avoir une paire de rouleaux 96 s'étendant
substantiellement à des positions complémentaires aux paires de rouleaux 82
sur
le cadre 28.
En référence à la Fig. 11, le cadre 28 est préférablement muni d'un support de
montage d'encodeur de position 98 se projetant derrière la surface latérale
réceptrice 72 pour recevoir un encodeur de position (non-illustré) qui mesure
le
déplacement du bracelet 14 le long du tuyau.
Dans des essais expérimentaux, le bracelet a été utilisé avec succès pour
mesurer des tuyaux de 2 et 2,5 pouces de diamètre dans un arc de 145 degrés.
Les supports 10 maintiennent une position perpendiculaire par rapport à la
surface
du tuyau (même si le tuyau est courbé, ou a un coude, ou a une surface ovale),
ce
qui assure des lectures plus précises.
Le bracelet 14 peut être muni d'un cadre coulissant et extensible (non-
illustré) qui
est adaptable et ajustable aux différents diamètres de tuyaux. Le bracelet est
ainsi
monté de manière ajustable sur chacun de ces tuyaux.
Un des avantages du bracelet est qu'il est facilement installé et démonté
autour
des tuyaux de réacteurs nucléaires. Ainsi, puisque les mesures sont prises
rapidement et avec précision, l'opérateur du bracelet est moins exposé aux
radiations nocives.
Pour minimiser l'exposition à la radiation, le bracelet peut être muni d'un
mécanisme motorisé contrôlé à partir d'un endroit éloigné (non-illustré). Le
mécanisme motorisé déplace le bracelet le long du tuyau.
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Bien que des réalisations préférentielles de la présente invention aient été
décrites
en détail et illustrées dans les dessins annexés, il devrait être compris que
l'invention n'est pas limitée à ces réalisations précises et que de nombreux
changements et modifications peuvent être effectués à celles-ci sans s'écarter
de
1a portée ou de l'esprit de la présente invention.