~l~lZ~32 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, ~SlZ8'~
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 115~Z82 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.
115~28~
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~
1~5~282 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. ~ l ~ lZ ~ 32 The invention relates to an acoustic device for monitoring a industrial installation to detect possible body shocks in installation migration.
In a nuclear reactor or in an industrial installation some-conch with a large number of organs such as pipes for containers and valves in which fluids are circulating, it there is a risk of deterioration of the installation structures, due to that a mechanical member, such as ~ lm bolt, a washer or an element of vann ~ can detach to become a migrant body, moving ~ to large speed in the installation, if the fluid itself circulates at high speed tesse.
Indeed, in such installations, due to the constraints undergone by parts in service, local ruptures may occur more or less complete which can evolve to the point where the part becomes loose che and is entered ~ born by flow to become a migrating body in the installation.
In nuclear reactors in particular, these general constraints ruptures can be of thermal or mechanical origin and their effect can be increased by corrosion.
There are areas of the hydraulic circuits of the Men-mentioned above where migrant bodies tend to strike a part of the installation, preferably, preferential. For example, in the in the case of piping comprising valves, these preferred locations can be the bends of the piping, the low points or even the valve body.
In the case of pressurized water nuclear reactors, the impact migrant bodies on certain parts of the primary circuit may be particularly dangerous since the flow velocities of fluids are very high in the range of 10 to 15 m per second. Such impacts can wind therefore cause im ~ ortants damage on the reactor circuit.
On the other hand, this damage is all the more difficult to repair since the engine has already operated and it is necessary to go and carry out repairs.
in areas subject to ionizing particle radiation.
It is therefore important to detect very quickly ~ ent such bodies ~ igrants, from the first impact on the structure of the circuit, so we have to take in the control room the right decisions to avoid damage important in the reactor.
We have known for a long time to detect the shock of two metal parts, ~ SlZ8 '~
using acoustic sensors placed on the structure or micr ~
phones placed in the air in the vicinity of the structure undergoing chDcs.
When acoustic waves produced by metal-to-metal shock are picked up by detectors or microphones, we transform the emission received to emit a pulse type signal.
We therefore thought of installing in the vicinity of areas where the probability of impact is large, sensors which can also be arranged at the neighborhood of parts with a high probability of failure.
In fact in industrial installations such as reactors nuclear, the sensor can very well respond to other stresses than those that correspond to the shock or rupture phenomenon that we are know to watch. Noises of very diverse origin, such as noise acco ~ agnant closing the valve of a valve ~ the movement of the bars control or a ~ res moving parts can create acoustic signals ques of the impulse type which are observed at the terminals of the sensors and q ~ ipeuvent 8 ~ e taken for signals resulting from an impact between two parts metal in the monitored area.
Even when using sensors such as piezoelectric sensors acoustic emission with relatively high response frequencies vées (above SO kHz) and with a lower sensitivity zone, that, for example those of accelerometers which take into account the - posan ~ s low frequency acoustic zones, it is not possible to operate effective discrimination between the signals due to the ~ pacts of the ~
grants and signals from other causes in other parts of the ins tallation.
In particular ~ the devices currently known do not allow to distinguish a weak acoustic stress whose source is che of a greater solicitation created at long distance.
In the case of nuclear reactors, the current known devices-do not make it possible to distinguish for example the acoustic waves due to an impact on the bottom of a steam generator for example and the closing a valve a very long distance from the area where it is located the sensor. The use of sensor recordings by a provision electronic monitoring system comprising simple accounting systems _ 35 ge or recording is therefore not possible because it is necessary to take into account look at the signals and analyze them using an oscilloscope.
In addition, an electrical parasi ~ e can be perceived by the chain ~ do not over-vigilance as an acoustic impulse, which is the cause of false 115 ~ Z82 alarms.
The object of the invention is therefore to propose a acoustic device for monitoring an installation industrial, for the detection of possible body shocks migrating into the installation. This device uses sensors acoustic to detect waves emitted during shocks from migrant bodies and allows only the acoustic signals relating to impacts of migrant bodies in the monitored area, to the exclusion of any other pheno-disturbing acoustic or electrical leads.
More particularly ~ the present invention relatesun acoustic device for monitoring an installation industrial to detect possible body shocks in migration in the installation, using acoustic sensors waves emitted during impacts of migrant bodies and comprising at least one set of two acoustic sensors arranged in contact with a wall of the installation or at its neighborhood, at two different points in the installation between ~ uels we want to perform monitoring. The device includes é ~ alemen ~ a measuring and alarm chain to which are connected the sensors comprising a means of measuring the time difference between the reception of acoustic waves on both sensors and is characterized by the makes the measuring and alarm chain additionally a means of comparing this difference with at least one set ble of two predetermined values and an alarm means which is triggered if the difference is between the two values predetermined.
In order to clearly understand the invention, we will describe by way of nonlimiting example ~, referring to attached figures, an embodiment of the arrangement tif according to the invention used for monitoring a portion of pipeline inside which moves a fluid which may contain migrant bodies.
115 ~ 28 ~
FIG. 1 represents a first embodiment tion of the device according to the invention in a schematic view and in position on the pipe portion.
Figure 2 shows the signals received on each sensors and the signal representative of the deviation in the time between the reception of the acoustic waves on one and the other sensors.
Figure 3 shows a second embodiment of the device according to the invention, schematically and in position on a portion of pipeline and with a possibility of determining the section of pipeline in which takes place the impact.
In Figure 1 we see a portion of pipeline l on which are arranged in two places separated by a length 1 of the pipe, two acoustic sensors 3 and 4 connected to the measuring and alarm chain via the mid amplifier 5 and 6 respectively.
We denote by O the midpoint of the channel ~ ion between the acous sensors ~
1 ~ 5 ~ 282 ticks 3 and 4, by C the center of an area 7 of the pipeline that is wish to monitor and by D and E the extreme points of this placed area under surveillance, When a shock occurs at point C7 an acoustic wave arises S sance, propagates in the pipeline with a constant speed known depending on the material constituting the pipeline.
Even if the wave system created at the time of impact and complex and that various types of waves then arise (longitudinal wave, transverse wave, Lamb wave, or sur wave ~ ace), everything happens at from a certain distance from impact ~ even if the vibrations ticks spread at the speed of surface waves.
In the case of a steel pipe, the speed of the surge waves face is approximately c = 3.000m per second.
For all points of the segment between sensors 3 and 4, there is possible to define a difference in journey time ~ t 1.2 - tl - t2 or ~ t 2.1 = t2 - tl, the point for which ~ t 1.2 = A t2.1 = O being located at the center O of pipeline segment.
If we designate by A and B the points of the pipeline where are these sensors 3 and 4 respectively, we have: tl = CA and t2 = CB
The measurement and alarm chain includes a device allowing the measurement of the difference in time of arrival of the acoustic waves coming of sensor 3 and sensor 4, the signals received being amplified at the level amplifiers 5 and 6 respectively.
We see in Figure 2 the diagram representing the acoustic wave received by the sensor 3, the acoustic wave received by the sensor 4 and the general emitted by the device for measuring the difference in arrival time 8. The signal representative of the arrival time difference t is re-c, u by a comparator 9 which also receives representative signals of two values of ~ t (L ~ t minimum and dt maximum) by means of a dis-gap adjustment posieif 10.
The values of ~ t min and L ~ t max correspond to the difference between impact signals at point D and point E respectively, these points of-limiting zone 7 inside which surveillance is carried out acoustic.
Comparator 9 & and a signal when the measured ~ t is between t mini and ~ t max ~ this signal giving rise to the level of the counting and display 11 when printing a message corresponding to the ~ s ~
s presence of an impact in the monitored area.
Simultaneously an alarm 12, for example a light signal, allows to perfectly visualize the presence of the impact.
A clock ~ e 14 allows to date precisely the different impac ~
The ~ oix of the position of sensors 3 and 4 on the pipeline, by r ~ rt in zone 7 which is being monitored is chosen so that the sensitivity of the measurements is maximum. We avoid on a position centered on segment D, E with respect to points A, B where the caps are ters 3 and 4, because then the values of ~ t in the monitored area seraiert zero or very weak, which would not allow them to be distinguished by electric shakes for which lel ~ t, as it is visible on the Figure 2 is zero.
Indeed, the appearance of an electrical parasite 15 on the signals received by sensors 3 and 4 is simultaneous while the signals ticks re ~ us by the sensors are offset in time by a difference ~ t.
By choosing the position of the sensors, we can therefore recognize ~ trede fa ~ on sure the signals due to impacts in the monitored area.
Referring to Figure 3, we see a portion of pipe 21 on which were placed the auustic sensors 23 and 24 connected to a chain of measurement ~ through amplifiers 25 and 26.
As previously, the measurement chain includes a device 28 for measurement of the difference in time between the reception of signals on one and the other sensors and a comparator 29 receiving the values of ~ t mini and t max (for 4 zones instead of only one in this case, however).
In addition, according to the interval ~ t mini to t maxi in which has been re-after the measured t, comparator 29 transmits a signal to a device counting and display corresponding to zone 31, 327 33 or 34 of which the interval 4 t mini - at maxi frames the value of the ~ t measured.
The measurement and display chain therefore comprises 4 accounting units.
age and display 41, 42, 43 and 44 indicator lights 45> 46, 47 and 48.
In addition, as before, a clock 50 allows precise dating.
the impacts recorded in the various monitored areas.
It can be seen that the main advantages of the devices according to the invention tion are to allow perfect discrimination between pro-from impacts in a specific area being monitored and warning signals to be extremely easy to set up on an installation in ~ ustrielle, from the moment that this installat $ we have a certain linear structure and allow more precise localization of im-BZ
pacts in monitored areas between the two sensors.
However, the invention is not limited to the embodiment which has just been described, on the contrary it includes all the variants thereof.
This is how we can monitor a number of zones any one arranged between the two sensors, that one can even operate a surveillance over the entire installation area between the two cap-tors excluding theois from the equidistant central part of the two sensors for which precise discrimination of the signals does not ra not possible.
It is possible to use acoustic sensors of any type.
whether they are of the accelerometer type or of the piezoelectric type with from the moment when a measuring device is associated with these sensors signal arrival time difference that is compatible with these sensors.
Any alarm device can be used other than this alarm either light or sound or only materialized by a recording recording with or without automatic simultaneous action on a device control.
Finally, the monitoring device according to the invention can be used not only in the case of pipelines but also in the case of any industrial installation having at least partially a ~ linear structure, traversed or not by a high speed fluid.
Nevertheless, the invention finds a preferential application in the case of an installation of linear form traversed by a fluid with great-speed such that a portion of the primary circuit of a nuclear reactor pressurized water area.