CA2314166C

CA2314166C - Dispositif pour le deplacement d'un organe dans un tube allonge depuis une extremite de ce tube

Info

Publication number: CA2314166C
Application number: CA002314166A
Authority: CA
Inventors: Jean-Louis Labrune; Andre Blanchet
Original assignee: Alstom Industrie SA
Current assignee: Alstom Power Conversion SAS
Priority date: 1999-07-02
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2009-01-27
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: JP2001082567A; FR2795804B1; FR2795804A1; US6357310B1; CA2314166A1

Abstract

Dispositif pour le déplacement gradué d'un organe (2) dans un tube (3) exter ne au dispositif, depuis une extrémité de ce tube, ce déplacement étant évalué à l'aide d'un codeur de position fournissant une information sur la position de l'organe placé à une extrémité d'un élément tubulaire qui est monté mobile en translation sur un corps de support du dispositif. L'élément tubulaire est réalisé sous la forme d'une chenille porte-organe ( 5) munie de crémaillères longitudinales (5A, 5B) à sa périphérie. Cette chenill e se déplace par rapport au corps (6) qui la porte sous l'action d'une première courroie crantée (7A) montée sur le corps de support (6), entraînée par un moteur (8) fixé sur ce corps et engrenée avec une des crémaillères (5A). Une autre des crémaillères s'engrène avec une seconde courroie crantée (7B) qui entraîne u n codeur de position (9) fixé sur le corps.

Description

DISPOSITIF POUR LE DÉPLACEMENT D'UN ORGANE DANS UN TUBE
ALLONGÉ DEPUIS UNE EXTRÉMITÉ DE CE TUBE
L'invention concerne un dispositif destiné à assurer un déplacement gradué
d'un organe à l'intérieur d'un tube immobilisé, externe au dispositif, depuis une extrémité de ce tube par rapport à laquelle le dispositif est préalablement positionné. Elle se rapporte notamment à un dispositif destiné à assurer un déplacement gradué d'un organe de vérification d'état et par exemple de détection de fissures, à l'intérieur d'un tube immobilisé. Un tel dispositif est notamment prévu pour la vérification de l'état des multiples tubes comportés par un générateur de vapeur d'une centrale nucléaire de production d'électricité.
Les dispositifs connus qui permettent d'assurer un déplacement gradué d'un organe à l'intérieur d'un tube immobilisé depuis une extrémité du tube, sont ordinairement lourds, en particulier lorsque le déplacement doit s'effectuer sur une longueur relativement grande. Tel est le cas notamment lorsque l'organe est fixé à une extrémité d'un élément tubulaire de support qui est déplacé én translation par rapport à un corps de support rendu immobile, qui le porte. La longueur de l'élément tubulaire tend à limiter la précision des indications obtenues à partir des mesures de déplacement qui sont effectuées pour connaître la position de l'organe à l'intérieur du tube où il se déplace. Il se produit souvent un glissement entre le codeur qui fournit les indications de déplacement et l'élément tubulaire. Ceci s'avère gênant en particulier, lorsque l'organe déplacé
est une sonde de contrôle d'état dont la localisation doit être déterminée avec précision de manière à pouvoir établir une cartographie la plus exacte possible de l'intérieur d'un tube, par exemple dans le cadre d'une opération de localisation de défauts.

L'invention propose donc un dispositif pour le déplacement gradué et motorisé
d'un organe dans un tube immobilisé, externe au dispositif, depuis une extrémité
de ce tube par rapport à laquelle le dispositif est préalablement positionné, ce déplacement étant évalué à l'aide d'au moins un codeur de position fournissant une information sur la position de l'organe placé à une extrémité d'un élément tubulaire qui est monté de manière à être mobile en translation sur un corps de support du dispositif, caractérisé en ce que ledit élément tubulaire est réalisé
sous la forme d'une chenille porte-organe qui est extérieurement munie de

2 crémaillères longitudinales réparties à sa périphérie et qui se déplace en translation par rapport au corps qui la porte sous l'action d'une première courroie crantée montée sur le corps de support, entraînée par un moteur fixé
sur ce corps et engrenée avec une des crémaillères, une autre des crémaillères s'engrenant avec une seconde courroie crantée qui est montée sur le corps de support et qui entraîne un premier codeur de position fixé sur ce corps pour fournir des informations relatives à la position de l'organe au fur et à
mesure du déplacement.

Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, l'élément tubulaire formant la chenille est un élément tubulaire souple.

Selon une autre caractéristique préférentielle de l'invention, l'élément tubulaire formant la chenille est un élément tubulaire creux à l'intérieur duquel est logé un arbre tournant creux couplé à chaque extrémité à une pièce de liaison tournante, dotée de moyens mécanique ou électro-mécaniques électriques permettant la mise en rotation de l'organe par un moteur fixé à l'autre extrémité
de la chenille et de moyens de connexion électrique permettant le raccordement électrique de l'organe à une organe complémentaire par l'intermédiaire d'une liaison reliant électriquement les moyens de connexion des deux pièces de liaison au travers de l'arbre tournant.

L'invention, ses caractéristiques et ses avantages sont précisés dans la description qui suit en liaison avec les figures évoquées ci-dessous.
La figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif de déplacement d'organe, selon l'invention.
La figure 2 présente une coupe axiale d'une chenille de dispositif de déplacement, selon l'invention.
La figure 3 est une représentation schématique du système d'entraînement de chenille d'un dispositif de déplacement d'organe selon l'invention et du détecteur de position initiale de chenille de ce dispositif.
Le dispositif 1 de déplacement d'organe, tel qu'illustré sur les figures 1 à

3, est 2a plus particulièrement destiné à assurer le déplacement gradué d'un organe 2 à
l'intérieur d'un tube 3, extérieur au dispositif et immobilisé, c'est-à-dire fixe ou temporairement rendu fixe. Il permet aussi l'entraînement de cet organe 2 en rotation dans le tube 3, sous l'action d'un moteur 4 du dispositif qui est positionné à l'extérieur du tube. Ce dernier est, par exemple, un tube cylindrique de révolution, préférablement rectiligne ou modéiément arqué, il a par exemple une longueur de l'ordre de la dizaine de mètres. L'organe 2 est par exemple une sonde mobile qui est prévue pour être introduite dans un tube, tel que 3, par une extrémité de ce tube. Comme connu, de tels organes sont notamment mis en oeuvre pour assurer un contrôle non destructif de tubes qui équipent ou qui sont destinés à équiper des installations industrielles. Ils sont susceptibles d'être montés de manière à pouvoir tourner sur eux-mêmes, par exemple pour pouvoir effectuer une vérification périphérique complète à l'intérieur d'un tube. Dans la réalisation envisagée il est donc prévu que l'organe 2 tourne sur lui-même selon un axe médian qui se confond par exemple avec l'axe médian du tube 3 au long de la paroi interne duquel cet organe est déplacé en translation. Ceci implique donc que l'organe 2 soit inscriptible dans un cylindre de révolution dont le diamètre est légèrement inférieur au diamètre interne du tube 3 où il doit être déplacé. Le tube 3 est par exemple un tube métallique qui débouche hors d'une plaque de support, non représentée, dans une installation industrielle et par exemple dans un des nombreux tubes d'un générateur de vapeur de centrale nucléaire de production d'électricité, comme indiqué plus haut.
Quel que soit l'exploitation du dispositif selon l'invention, il est supposé
qu'il est nécessaire de connaître avec précision le positionnement exact de l'organe 2 à
l'intérieur d'un tube où il se déplace, au fur et à mesure de son déplacement.
Le dispositif de déplacement d'organe 1, selon l'invention, est composé de trois sous-ensembles qui sont respectivement une chenille porte-organe 5, un bloc de rotation 0 contenant notamment le moteur 4 et un corps de support 6 par l'intermédiaire duquel la chenille et le bloc de rotation sont portés.
L'organe 2 est fixé à une extrémité de la chenille 5 avec laquelle il se déplace en translation par rapport au corps 6 sur lequel la chenille est montée mobile en translation entre une position de rétraction pour laquelle l'organe 2 est logé
à
l'intérieur d'un tronçon tubulaire 7A contenu dans un fourreau de protection 7 fixé sur le corps 6 et une position d'extension pour laquelle cet organe est sorti du fourreau et se trouve éloigné au maximum du corps par la chenille qui le porte.
Dans la réalisation envisagée le tronçon tubulaire 7A constitue un tube étalon agencé pour permettre d'effectuer un contrôle de bon fonctionnement de l'organe 2 constitué par une sonde.
La chenille 5 est ici constituée par un élément tubulaire, relativement souple, 'à
l'extérieur duquel sont longitudinalement réalisées des crémaillères, telles que 5A
ou 5B, ayant chacune un profil complémentaire de celle d'une courroie dentée normalisée, par exemple de type T2.5.
Dans la forme de réalisation présentée où la chenille 5 est supposée être constituée par un élément tubulaire cylindrique de révolution dont le diamètre est légèrement inférieur à celui d'un tube 3. Il est prévu trois crémaillères longitudinales disposées selon trois génératrices à 120 l'une de l'autre autour de la chenille 5, seules deux de ces trois crémaillères sont illustrées sous les références 5A, 5B sur les figures 1 et 2. Un système porteur de courroie dentée, connu en soi est prévue en association avec chacune des crémaillères, ces systèmes sont montés sur le corps de support 6.

4 Une des courroies, telle par exemple 17A, est entraînée par un moteur 8, ici supposé électrique, qui est fixé sur le corps 6. Elle permet de déplacer la chenille de manière que l'organe 2 sorte de son fourreau de protection et puisse pénétrer dans un tube 3 en face de l'embouchure duquel le fourreau de protection d'organe est placé à l'alignement, pour un des sens de rotation du moteur 8. Une rotation en sens inverse de ce moteur 8 permet ensuite de faire retourner l'organe 2 dans son fourreau de protection. Dans la réalisation présentée, le système portant la courroie 17A est tel que cette courroie, sans fin, est plaquée contre la crémaillère 6A par deux poulies 18A situées du même côté de la chenille 5 que le moteur 8 et de part et d'autre de celui-ci. Des galets d'appui non représentés participent au plaquage de la courroie contre la crémaillère.
Une seconde courroie, telle par exemple 17B, est entraînée par le mouvement de la chenille 5, elle est en prise avec un premier codeur incrémental 9 de manière à
fournir un indication graduée précise sur la position de l'organe 2, lorsque celui-ci se déplace en translation sur la longueur du tube à l'intérieur de ce dernier.
L'entraînement du premier codeur incrémental est directement lié au déplacement de la chenille 5 sur lequel l'organe 2 est positionné. Cet entraînement par action d'une courroie crantée permet d'éliminer les risques de glissement ou de jeu et il est donc possible d'obtenir des indications précises et fidèles sur la position de l'organe 2 au long d'un tube 3 où il est introduit, quel que soit l'enfoncement de cet organe, dans la limite de la course maximale autorisée par les crémaillères que porte la chenille 5. La courroie 17B est ici plaquée contre la crémaillère de la même manière que la courroie 17A contre la crémaillère 5A et le premier codeur incrémental 9 est monté entre les poulies 18B de l'autre côté de ces dernières par rapport à la chenille 5 dans un montage qui correspond à celui prévu pour le moteur 8.
Dans l'exemple de réalisation envisagé, où la chenille 5 a un corps cylindrique de révolution qui porte trois crémaillères longitudinales identiques disposées à

l'une de l'autre, la troisième des crémaillères est associée à une courroie, non représentée, qui a ici pour fonction d'assurer un équilibrage des efforts au niveau de la chenille, lors des déplacements de l'organe 2 au long du tube dans lequel il pénètre avec une partie plus ou moins longue de la chenille qui le porte.
Il est envisageable de réaliser la chenille sous la forme d'un élément cylindrique plein, toutefois dans la réalisation présentée, la chenille 5 est préférablement réalisée sous la forme d'un élément tubulaire creux, comme montré sur la figure 2. Cet élément tubulaire est par exemple composé d'un tube en polyuréthane muni d'une gaine intérieure 10 en polyamide et il loge un arbre souple, creux et tournant 11, porté par des paliers à billes 12 montés dans des embouts 13, tels 13A et 13B, fixés aux extrémités de l'élément tubulaire que constitue la chenille

5. Ces embouts sont par exemple constitués chacun sous la forme d'une douille métallique à l'intérieur de laquelle est logé un palier de support pour l'une des 5 extrémités d'arbre 11. Chaque extrémité d'arbre porte une pièce de liaison 14, telle 14A ou 14B, qui tourne avec l'arbre. Ces pièces de liaison tournantes comportent des moyens mécaniques ou électro-mécaniques, qui permettent la mise en rotation de l'organe 2 par le moteur 4 et des moyens de connexion électrique qui permettent la mise en liaison de l'organe 2 avec un organe complémentaire par l'intermédiaire d'au moins une liaison 19 reliant les pièces au travers de l'arbre 11.
L'organe 2 est fixé par une extrémité sur la pièce de liaison 14A avec laquelle il tourne, lorsque l'arbre 11 est mis en rotation. Il est aussi relié à un connecteur 16A que porte cette pièce. Sur la figure 2, ce connecteur est supposé muni de broches conductrices permettant le raccordement électrique de l'organe 2 par enfichage et sa mise en liaison avec les conducteurs d'un câble qui constitue la liaison 19. Dans une forme de réalisation, il est prévu une liaison par câble coaxial desservant alors un organe 2, de type sonde, notamment une sonde à
courants de Foucault ou encore une sonde ultrasonore ou vibratoire.
La pièce de liaison 14B, située à l'opposé de l'arbre 11 par rapport à la pièce 14A, comporte des moyens de connexion électrique qui correspondent à ceux que porte cette pièce 14A et qui sont reliés comme eux à la liaison 19. Ces moyens sont représentés par un connecteur 16B sur la figure 2, ce connecteur étant ici supposé directement relié à un connecteur complémentaire faisant partie du bloc de rotation 0. La pièce 14B est prévue pour pouvoir tourner dans l'embout 13B
dans l'axe de ce dernier et pour entraîner l'arbre 11 en bout duquel elle est fixée, par des moyens classiques non représentés ici. Elle est mécaniquement ou électro-mécaniquement entraînée en rotation par l'intermédiaire d'un coupleur auquel le moteur électrique 4 est relié au travers d'un module auxiliaire 20.
Ce module 20 associe ici un collecteur tournant et un dispositif de mesure de position, tel qu'un codeur incrémental de position ou un synchro-résolveur. Il permet aussi la transmission du couple produit par le moteur 4 à l'arbre 11.
Le second codeur incrémental de position est par exemple un équipement classique à
arbre creux qui fournit une indication de l'orientation de son axe de rotation par rapport à un référentiel déterminé, il permet par exemple de différencier 360 positions ou points différents. Ceci permet donc d'obtenir une information très précise concernant l'orientation de l'organe 2 en rotation par rapport à un plan de

6 référence qui est perpendiculaire à l'axe XX' selon lequel cet organe se déplace en translation avec la chenille. Le collecteur tournant, non représenté, est supposé
être un collecteur à anneaux conducteurs superposés autour d'un axe porteur, ici supposé entraîné par le moteur 4 auquel il est mécaniquement couplé. Chaque anneau permet par exemple de maintenir en liaison un conducteur électrique de la liaison 19 qui est relié au connecteur 16B avec un organe complémentaire de l'organe 2 par l'intermédiaire d'un balai conducteur fixe contre lequel cet anneau frotte lors de la rotation de l'axe qui le porte. Cet axe, non représenté, entraîne l'arbre 11 auquel il est mécaniquement relié. Un connecteur 21 est ici supposé
prévu en fond de bloc 0 pour la mise en liaison d'un organe extérieur à
l'ensemble formé par l'organe 2, la chenille et le bloc 0, avec les éléments appartenant à cet ensemble et en particulier avec les balais conducteurs du collecteur tournant.
Dans une forme préférée de réalisation, le bloc 0 est prévu pour venir se monter en extrémité de chenille 5 par simple enfichage, il vient alors coulisser sur l'embout 13B prévu pour lui à une extrémité de cette chenille. Les couplages ,notamment mécaniques et électriques se réalisent par interpénétration de parties mécaniques, d'une part, et électriques, d'autre part, qui sont physiquement complémentaires.
L'exploitation d'un dispositif selon l'invention, implique une mise en place du dispositif face à l'embouchure d'un tube 3 dans l'alignement duquel la chenille 5, rétractée, est positionnée. Ce positionnement est par exemple obtenu par déplacement du corps 6 qui est par exemple monté à sur un robot de positionnement, non représenté, à cet effet. Un organe 22, tel que par exemple un capteur optique ou un détecteur magnétique, est ici prévu pour permettre de déterminer une position initiale de référence pour l'organe 2, alors qu'il est rétracté. Dans la représentation proposée sur la figure 2, un organe 22, de type capteur optique, est positionné sur le corps 6 entre deux des systèmes porteurs de courroie dentée et par exemple entre les systèmes portant respectivement les courroies 17A et 17B, de manière à être occulté par un élément, tel qu'un cache mobile avec la chenille qui le porte.
Cette combinaison de moyens permet d'obtenir une valeur de référence initiale destinée à être exploitée par le premier codeur incrémental 9 pour la mesure de l'enfoncement de l'organe 2 dans un tube après mise en place du dispositif 1 par rapport à l'embouchure de ce tube, comme indiqué ci-dessus. Dans une forme préférée de mise en oeuvre, la valeur initiale de référence de mesure est obtenue après un recul de la chenille jusqu'à venir en butée en arrière et cette venue en butée est suivie d'un court déplacement avant, à vitesse lente, pour lequel le

7 cache passe devant le capteur qui fournit alors l'indication de valeur de référence initiale. La chenille est ensuite déplacée à vitesse rapide jusqu'à atteindre le début de la zone de longueur déterminée de tube 3 que l'organe 2 est alors chargé de contrôler. Le contrôle est alors réalisé avec un déplacement de l'organe 2 avec des vitesses de translation et de rotation prédéterminées. La même valeur de référence initiale peut donc être retrouvée pour une série de mesures successivement réalisées pour des zones différentes d'un tube à contrôler.
Le dispositif de mesure de position que contient le module auxiliaire 20 est initialement calé sur une valeur de référence par rapport à laquelle sont déterminées les orientations instantanées de l'organe 2 au fur et à mesure de sa rotation en cours de son déplacement en translation.

Claims

1. Un dispositif pour le déplacement gradué et motorisé d'un organe (2) dans un tube (3) immobilisé, externe au dispositif, depuis une extrémité de ce tube par rapport à laquelle le dispositif est préalablement positionné, ce déplacement étant évalué à l'aide d'au moins un codeur de position fournissant une information sur la position de l'organe placé à une extrémité d'un élément tubulaire qui est monté de manière à être mobile en translation sur un corps de support du dispositif, caractérisé en ce que ledit élément tubulaire est réalisé
sous la forme d'une chenille porte-organe (5) qui est extérieurement munie de crémaillères longitudinales (5A, 5B) réparties à sa périphérie et qui se déplace en translation par rapport au corps (6) qui la porte sous l'action d'une première courroie crantée (7A) montée sur le corps de support (6), entraînée par un moteur (8) fixé sur ce corps et engrenée avec une des crémaillères (5A), une autre des crémaillères s'engrenant avec une seconde courroie crantée (7B) qui est montée sur le corps de support et qui entraîne un premier codeur de position (9) fixé sur ce corps pour fournir des informations relatives à la position de l'organe au fur et à mesure du déplacement.

2. Dispositif, selon la revendication 1, dans lequel l'élément tubulaire formant la chenille (5) est un élément tubulaire souple.

3. Dispositif, selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'élément tubulaire formant la chenille (5) est un élément tubulaire creux à l'intérieur duquel est logé
un arbre tournant creux (11) couplé à chaque extrémité à une pièce de liaison tournante (14A, 14B), dotée de moyens mécaniques ou électro-mécaniques permettant la mise en rotation de l'organe (2) par un moteur (4) fixé à
l'autre extrémité de la chenille par rapport à cet organe et de moyens de connexion électrique (16A, 16B) permettant le raccordement électrique de l'organe à un organe complémentaire par l'intermédiaire d'une liaison (19) reliant électriquement les moyens de connexion des deux pièces de liaison au travers de l'arbre tournant.

4. Dispositif, selon la revendication 3, dans lequel le moteur (4) de mise en rotation d'organe est mécaniquement couplé à la pièce de liaison (14B) entraînant l'arbre creux par l'intermédiaire d'un module (20) associant un second codeur de position et un collecteur tournant.

5. Dispositif, selon la revendication 4, dans lequel le moteur de mise en rotation d'organe et le module associant le second codeur de position et le collecteur tournant sont montés dans un bloc (6) enfichable à l'extrémité de chenille qui est située à l'opposé de celle où l'organe est positionné.

6. Dispositif, selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le corps de support (6) porte un capteur optique (22) pour permettre de déterminer une position initiale de référence pour l'organe en position rétractée.

7. Dispositif, selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la chenille porte-organe est un élément tubulaire à corps cylindrique de révolution qui porte périphériquement trois crémaillères longitudinales identiques disposées à 120° l'une de l'autre et associées chacune à une courroie dentée différente du corps de support.