FR2568013A1

FR2568013A1 - Instrument de mesure de la vitesse d'ecoulement de fluides

Info

Publication number: FR2568013A1
Application number: FR8511185A
Authority: FR
Inventors: James Leo Mcshane
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1984-07-23
Filing date: 1985-07-22
Publication date: 1986-01-24
Anticipated expiration: 2005-07-22
Also published as: JPS6140512A; JPH054005B2; US4610167A; FR2568013B1

Abstract

DEUX TRANSDUCTEURS ULTRASONORES 106, 108 AXIALEMENT ESPACES L'UN DE L'AUTRE SONT COUPLES PERPENDICULAIREMENT A LA SURFACE EXTERIEURE D'UNE VIROLE 102 ET DANS L'ALIGNEMENT DE DEUX SURFACES REFLECHISSANTES 118, 120 DISPOSEES A 45 SUR UNE STRUCTURE 112 INTRODUITE DANS L'ESPACE ANNULAIRE 100 DE DESCENTE. LE PARCOURS ACOUSTIQUE 122 ENTRE LES SURFACES REFLECHISSANTES EST SENSIBLEMENT DANS L'ALIGNEMENT DE L'ECOULEMENT DU FLUIDE, CE QUI AMELIORE LA SENSIBILITE ET LA PRECISION. LE MONTAGE DES TRANSDUCTEURS PERPENDICULAIREMENT A LA SURFACE DE LA VIROLE OPTIMISE LA PERFORMANCE ACOUSTIQUE DE L'INSTRUMENT. APPLICATIONS NOTAMMENT A LA MESURE DE LA VITESSE DE FLUIDES DANS LES TUYAUX, LES CANAUX ET LES ESPACES ANNULAIRES DE DESCENTE DE L'EAU FORMES DANS LES GENERATEURS DE VAPEUR DES CENTRALES NUCLEAIRES.

Description

Instrument de mesure de la vitesse d'écoulement de fluides.

La présente invention se rapporte de façon générale à un ins-

trument de mesure de la vitesse d'écoulement de divers fluides et, plus particulièrement, à un débitmètre à ultrasons du type mettant en oeuvre

des transducteurs disposés extérieurement et des réflecteurs acousti-

ques disposés intérieurement pour la mesure sans intrusion de la vites-

se de fluides dans une conduite telle qu'un tuyau, un canal, une zone

annulaire, et d'autres conduites analogues.

La vitesse d'écoulement d'un fluide peut se déterminer par la mesure du temps nécessaire à des impulsions acoustiques pour effectuer un parcours déterminé dans le fluide, d'une part dans le sens de l'écoulement et d'autre part dans le sens opposé. Ces mesures de temps peuvent s'effectuer à l'aide de deux paires de transducteurs, chaque paire comprenant un émetteur et un récepteur, par exemple, d'impulsions acoustiques ultrasonores. Les transducteurs sont disposés de telle façon que les impulsions acoustiques ultrasonores se propagent le long de parcours d'égale longueur en sens contraires dans le fluide dont on

détermine la vitesse.

Une des nombreuses applications pour lesquelles la méthode ultrasonore offre des possibilités inédites, est la mesure du débit d'eau dans l'espace annulaire de descente formé dans les générateurs de vapeur des centrales nucléaires. Cet espace annulaire de descente est

l'espace compris entre la virole extérieure épaisse en acier et l'enve-

loppe plus mince en acier qui entoure le faisceau tubulaire. La descen-

te annulaire a pour dimensions radiales caractéristiques 7,62 cm (3 pouces) pour la virole extérieure, 6,35 cm (2,5 pouces) pour l'espace

annulaire et 0,965 cm (0,38 pouce) pour l'enveloppe.

On admet que le débit de fluide dans cet espace de descente est

un paramètre important dans la régulation du fonctionnement des généra-

teurs de vapeur à recirculation, et pourtant il n'y a actuellement aucun instrument disponible de mesure du débit dans l'espace annulaire de descente. Il résulte de la structure même de l'espace de descente que les transducteurs doivent être disposés à l'extérieur de la virole extérieure et du même côté de la zone d'écoulement. La réfraction des

impulsions acoustiques à l'interface acier-eau réduit l'angle de par-

cours des impulsions acoustiques dans le fluide à une direction plus proche de la perpendiculaire a la direction d'écoulement du liquide qu'il ne serait désirable pour une bonne sensibilité. Cela s'applique à la méthode de détermination de la vitesse d'écoulement du fluide basée sur la différence du temps de parcours, dans laquelle on détecte la composante v cosO, v étant la vitesse d'écoulement etB l'angle entre le vecteur-écoulement et le parcours acoustique. On peut donc se rendre compte que, lorsque l'angle entre le vecteur-écoulement et le parcours acoustique augmente, il en résulte une diminution correspondante de la

sensibilité du débitmètre à ultrasons. Ceci est particulièrement désa-

vantageux lorsque l'on mesure le débit d'eau dans l'espace annulaire de

descente de générateurs de vapeur de centrales nucléaires.

On a observé que, même lorsque des impulsions acoustiques transversales sont propagées dans la virole extérieure en acier, la valeur minimum de l'angle que l'on obtient est de 65 dans de l'eau à

température ambiante. A la température caractéristique de fonctionne-

ment de 316 C (600 F) qui est celle des générateurs de vapeur des centrales nucléaires, la vitesse réduite du son dans l'eau limite à environ 75 la valeur minimale de l'angle que l'on peut obtenir. De ce fait, la variation de O en fonction de la température, les

réflexions intérieures dans la virole extérieure en acier et la néces-

sité de coupler les transducteurs à un certain angle sur la virole

extérieure sont des facteurs qui compliquent la conception du débit-

mètre à ultrasons et qui réduisent sérieusement sa précision poten-

tielle. En conséquence, on peut se rendre compte qu'il existe un besoin non satisfait d'un débitmètre à ultrasons pour la mesure sans intrusion de l'écoulement d'eau dans des conduites telles que l'espace annulaire

de descente formé dans les générateurs de vapeur des centrales nucléai-

res, débitmètre qui serait doté d'une bonne sensibilité grâce à la réduction au minimum de l'angle compris entre le vecteur-écoulement et

le parcours acoustique.

L'objet principal de la présente invention est de fournir un instrument de mesure de la vitesse d'écoulement de fluides dans une

conduite, qui surmonte ou évite un ou plusieurs des inconvénients men-

tionnés ci-dessus, et en particulier ceux qui résultent d'une perte de

sensibilité due à l'augmentation de l'angle compris entre le vecteur-

écoulement et le parcours acoustique, et qui satisfait aux exigences particulières d'un instrument de ce genre en ce qui concerne la mesure sans intrusion du débit d'eau dans une conduite. En particulier, un des

aspects de la présente invention prévoit de fournir un débitmètre à ul-

trasons pour la mesure sans intrusion d'un débit d'eau dans l'espace annulaire de descente formé dans les générateurs de vapeur de centrales nucléaires, ce débitmètre ayant une sensibilité maximale en mettant en oeuvre la méthode basée sur la différence du temps de parcours, dans

laquelle on détecte la composante du débit v cos 0.

Un autre objet de la présente invention est de fournir un ins-

trument de mesure de la vitesse d'écoulement de fluides, dans lequel le

rendement acoustique est optimisé et le montage des transducteurs ul-

trasonores est simplifié, cet instrument comprenant un moyen pour sur-

monter les limitations de l'angle du parcours acoustique et les diffi-

cuités de couplage des transducteurs ultrasonores, et un moyen pour régler l'angle compris entre le vecteur-écoulement et un parcours acoustique modifiable, l'instrument n'imposant que des limitations

minimales à l'écoulement du fluide.

La présente invention fournit en général un instrument de mesu-

re de la vitesse d'écoulement d'un fluide dans une conduites cet ins-

trument comprenant un premier et un second moyens formant transducteurs qui sont montés sur la surface extérieure de cette conduite en des endroits distants l'un de l'autre pour imettre et recevoir des signaux le long d'un parcours de signaux à l'intérieur du fluide, ces moyens formant transducteurs étant disposés sensiblement perpendiculairement à la surface extérieure de la conduite le long d'un méme Côté de cette dernière, cet instrument comprenant des moyens réfléchissants disposés

à l'intérieur de la conduite le long du parcours de signaux pour réflé-

chir les signaux émis par le premire transducteur vers le second trans-

ducteur. Dans l'instrument suivant la présente invention, les moyens formant transducteurs sont montés de façon à assurer l'émission des signaux sensiblement perpendiculairement à la direction de l'coulement

du fluide dans la conduite.

Conformément à un exemple de réalisation de la présente inven-

tion, on a fourni un instrument de mesure de la vitesse d'écoulement d'un fluide dans une conduite. L'instrument est constitué d'un premier

et d'un second moyens formant transducteurs qui sont montés sur la sur-

face extérieure de la conduite en des endroits distants les uns des autres pour émettre et recevoir des signaux le long d'un parcours de signaux à l'intérieur du fluide, ces moyens formant transducteurs étant

disposés sensiblement normalement à la surface extérieure de la condui-

te le long d'un même côté de cette dernière, et des moyens réfléchis-

sants disposés à l'intérieur de la conduite le long du parcours de signaux pour réfléchir les signaux émis par le premier transducteur

vers le second transducteur.

La présente invention sera bien comprise à la lecture de la

description suivante faite en relation avec les dessins ci-joints, dans

lesquels

- la figure 1 est une vue de côté, avec coupe partielle, repré-

sentant un débitmètre à ultrasons monté pour la mesure sans intrusion

du débit d'eau dans l'espace annulaire de descente formé dans un géné-

rateur de vapeur de centrale nucléaire, ce débitmitre étant constitué d'une paire de transducteurs montés extérieurement et d'une structure réfléchissante disposée intérieurement, conformément à un exemple de réalisation de la présente invention; - les figures 2 et 6 sont des vues de face d'une conduite illustrant le positionnement d'une paire de transducteurs par rapport à l'axe longitudinal de la conduite en vue de la mesure de la vitesse d'écoulement d'un fluide à l'intérieur de celle- ci, conformément au débitmètre à ultrasons de la présente invention;

- la figure 3 est une vue de face de la structure réfléchis-

sante représentée à la figure 1, comportant une paire de surfaces réfléchissantes espacées l'une de l'autre et prévues pour fournir un parcours acoustique entre elles; - les figures 4 à 11 sont des vues en coupe transversale d'un

débitmètre à ultrasons, illustrant une structure réfléchissante dispo-

sée suivant divers exemples de réalisation de la présente invention; - la figure 12 est une vue en plan d'un débitmètre à ultrasons, représentant une structure réfléchissante disposée conformément a un autre exemple de réalisation de la présente invention; et

- les figures 13 et 14 sont des vues de côté, avec coupe par-

tielle, d'un débitmètre à ultrasons monté intégralement au cours de la fabrication d'un générateur de vapeur.

On se reportera maintenant aux dessins, dans lesquels les élé-

ments semblables sont affectés des mêmes références numériques. La figure 1 représente la construction d'un débinmètre à ultrasons suivant un exemple de réalisation de la présente invention, prévu pour mesurer la vitesse d'écoulement d'un fluide dans une conduite telle qu'un

tuyau, un canal, une zone annulaire, et d'autres conduites analogues.

Une application du débitmètre à ultrasons suivant la présente invention

concerne la mesure sans intrusion du débit d'eau dans l'espace annu-

laire de descente formé dans les générateurs de vapeur de centrales nucléaires, représenté en particulier à la figure 1. L'espace annulaire de descente est l'espace ménagé entre une virole extérieure épaisse 102 en acier et une enveloppe plus mince 104 en acier qui entoure un faisceau tubulaire (non représenté). Le débitmètre à ultrasons est constitué d'une paire de transducteurs ultrasonores 106, 108 espacés

l'un de l'autre et comprenant chacun, par exemple, un cristal piézo-

électrique ayant pour rôle de créer des impulsions acoustiques lorsqu'il est excité électriquement. De même, quand des impulsions acoustiques sont reçues par ces cristaux piézoélectriques, des signaux

électriques correspondants de sortie sont créés. Les cristaux piézo-

électriques contenus dans les transducteurs ultrasonores 106, 108, sont excités électriquement par un circuit 110 de commande électronique, circuit qui est également sensible aux signaux électriques de sortie

des cristaux piézoélectriques en vue de déterminer la vitesse d'écoule-

ment du fluide à l'intérieur de l'espace annulaire 100 de descente.

Une structure réfléchissante 112 est disposée à l'intérieur de

l'espace annulaire 100 de descente à un emplacement opposé aux trans-

ducteurs 106, 108. La structure réfléchissante 112, représentée égale-

ment à la figure 3, est formée d'un élément 114 semblable à une sonde et comportant une ouverture longitudinale 116 qui se termine à chacune

de ses extrémités par une paire de surfaces réfléchissantes 118, 120.

Conformément à l'exemple de réalisation représenté, ces surfaces réflé-

santes 118, 120 sont disposées à 45 par rapport à l'axe longitudinal de la structure réfléchissante 112, de façon à former un parcours acoustique 122 à l'intérieur de l'ouverture 116, en alignement avec l'axe longitudinal de la structure réfléchissante. En option, on peut prévoir une pluralité de cales élastiques 124 d'espacement en forme de rayons qui se prolongent vers l'extérieur et qui sont fixées à la structure réfléchissante 112 au voisinage des surfaces réfléchissantes

118, 120. Les cales élastiques 124 d'espacement permettent le position-

nement amovible de la structure réfléchissante 112 à l'intérieur de l'espace annulaire 100 de descente par un contact de compression des cales élastiques avec la surface de la virole extérieure 102 et la

surface opposée de l'enveloppe 104.

Comme on l'a fait remarquer précédemment, dans l'application de la méthode basée sur la différence du temps de parcours pour mesurer la vitesse d'écoulement à l'aide d'impulsions acoustiques, on détecte la composante de l'écoulement v cos-, dans laquelle v est la vitesse

d'écoulement et e l'angle formé entre le vecteur-écoulement et le par-

cours acoustique. Dans le but d'accroitre au maximum la sensibilité du débitmètre à ultrasons, l'angle 8 du parcours acoustique est ramené à une valeur minimale, conformément à la construction et à la disposition

de la structure réfléchissante 112 illustrée dans l'exemple de réalisa-

tion de la présente invention à la figure 1. Les transducteurs 106, 108 sont couplés normalement ou perpendiculairement à la surface extérieure de la virole extérieure 102 et ils sont disposés l'un au-dessus de l'autre en alignement linéaire avec l'axe longitudinal 126 de l'espace annulaire 100 de descente, commne on le voit à la figure 2. L'excitation des cristaux piézoélectriques contenus dans les transducteurs 106, 108 par le circuit 110 de commande électronique provoque la propagation

d'impulsions acoustiques le long d'un parcours acoustique 128 à l'inté-

rieur de l'espace annulaire 100 de descente. Le couplage des transduc-

teurs 106, 108, normalement à la surface extérieure de la virole exté-

rieure 102, a pour conséquence la propagation des impulsions acousti-

ques le long d'une partie du parcours acoustique 128, normalement à

l'axe longitudinal 126 de l'espace annulaire 100 de descente et norma-

lement à la surface intérieure de la virole 102. Ceci revient à dire que l'interface de la surface intérieure de la virole extérieure 102 et du fluide qui s'écoule dans l'espace annulaire 100 de descente, ne réfracte pas les impulsions acoustiques, comme cela se produirait si les transducteurs étaient couples en formant un certain angle avec la surface extérieure de la virole extérieure 102. La structure réfléchissante 112 est placée à l'intérieur de l'espace annulaire 100 de descente, de façon telle que les surfaces réfléchissantes 118, 120 coupent les impulsions acoustiques propagées

par les transducteurs 106, 108 le long du parcours acoustique 128.

Comme le représente clairement la figure 1, les impulsions acoustiques qui se propagent le long du parcours acoustique 122 formé entre les surfaces réfléchissantes 118, 120 de la structure réfléchissante 112, sont en alignement avec l'axe longitudinal 126 de l'espace annulaire de descente, de ce fait l'angle formé entre le vecteur-écoulement et le parcours acoustique, c'est-à-dire 1, est égal & zéro, ce qui rend maximale la grandeur de la composante de débit v cos e et donne une sensibilité accrue du débitmètre à ultrasons. Lorsqu'elle est utilisée pour la mesure sans intrusion du débit d'eau dans l'espace annulaire de descente d'un générateur de vapeur de centrale nucléaire, la structure réfléchissante 112 peut être mise en place par un trou de visite pendant un arrêt du fonctionnement ou, de préférence, elle peut être incluse dans la conception du générateur de vapeur. Une fois que la structure réfléchissante 112, formant une structure passive, est placée à l'intérieur de l'espace annulaire 100 de deescente, la mise en

place des transducteurs 106, 108 se fait sans intrusion.

En bref, en fonctionnement, les impulsions acoustiques criees par le transducteur 106 sont propagées vers l'aval le long du parcours acoustique 122, 128 et elles sont reçues par le transducteur 108 à un

temps T1. De même, des impulsions acoustiques sont criées, soit consé-

cutivement ou en même temps par le transducteur 108 et propagées vers l'amont le long du parcours acoustique 122, 128, et elles sont reçues

par le transducteur 106 à un temps T2. Les signaux électriques de sor-

tie venant des transducteurs 106, 108 sensibles aux impulsions acousti-

ques respectivement reçues, sont transmis au circuit 110 de commande

électronique afin de déterminer la vitesse d'écoulement par la diffé-

rence du temps de parcours, c'est-à-dire en fonction du différentiel de temps Tl - T2 de l'impulsion acoustique reçue par les transducteurs 106, 108. La manière spécifique de déterminer la vitesse d'écoulement à

partir des impulsions acoustiques reçues, peut se calculer par un cer-

tain nombre d'opérations mathématiques bien connues de l'homme de l'art, comme le décrivent par exemple les brevets américains

nes 3 653 259 et 3 901 078. De même, le circuit 110 de commande élec-

tronique utilisé pour exciter les cristaux piézoélectriques dans les transducteurs 106, 108 et pour calculer la vitesse d'écoulement, est également bien connu de l'homme de l'art; par exemple, on peut citer comme circuits utilisables avec la présente invention, les montages électriques Westinghouse Models LEFM 801 A et 8824. En conséquence, la présente invention ne se limite pas à la conception particulière du circuit 110 de commande électronique ni à la manière particulière de manipulation du signal reçu par le circuit de commande électronique en réponse aux impulsions acoustiques reçues par les transducteurs 106, 108. La vitesse de la partie de fluide s'écoulant à l'intérieur de l'espace annulaire 100 de descente le long du parcours acoustique 122 formé entre les surfaces réfléchissantes 118, 120, c'est-à-dire la composante d'écoulement du fluide le long de l'axe longitudinal 126 de

l'espace annulaire de descente, est déterminée conformément au débit-

mètre à ultrasons utilisant la structure réfléchissante 112 représentée à la figure 1. Cette vitesse d'écoulement mesurée et représentative

peut être rapportée à la vitesse moyenne d'écoulement dans tout l'espa-

ce annulaire 100 de descente au moyen de relations connues des profils

d'écoulement. La vitesse de la composante d'écoulement en des emplace-

ments autres que ceux qui se situent le long de l'axe longitudinal 126 de l'espace annulaire 100 de descente, peut être déterminée par un positionnement de la structure réfléchissante 112, de manière telle que

le parcours acoustique 122 se situe le long d'autres parcours d'écoule-

ment compris dans la surface de coupe transversale de l'espace annulai-

re de descente. De cette façon, la structure réfléchissante 112 est appropriée pour déterminer la vitesse spécifique d'une composante d'écoulement en divers points à l'intérieur de l'espace annulaire 100 de descente. Des mesures successives de la vitesse des différentes composantes d'écoulement peuvent être utilisées pour faciliter le calcul de la vitesse moyenne dans tout l'espace annulaire 100 de descente. On décrira maintenant divers autres exemples de réalisation de

la construction et du montage de la structure réfléchissante 112 décri-

te jusqu'à présent en rapport avec l'exemple de réalisation représenté

aux figures 1 et 3. On se reportera à présent à la figure 4. La struc-

ture réfléchissante 130 se compose d'un élément 132 de support compre-

nant une paire de bras réfléchissants 134, 136 espacés l'un de l'autre et dotés chacun d'une surface réfléchissante 138, 140. Commine on peut le voir, la structure réfléchissante 130 est placée contre la surface

intérieure de la virole extérieure 102, de manière contiguë aux trans-

ducteurs 106, 108. Les surfaces réfléchissantes 138, 140 sont disposées

le long du parcours acoustique 128, de la manière déjà décrite précé-

demmment à propos de l'exemple de réalisation de la figure 1. A cet égard, les surfaces réfléchissantes 138, 140 sont orientées suivant un angle de 45 par rapport à l'axe longitudinal de l'espace annulaire 100 de descente, pour créer entre eux le parcours acoustique 122. Du fait

que la structure réfléchissante 130 est placée contre la surface inté-

rieure de la virole extérieure 102, de manière contiguë aux transduc-

teurs 106, 108, la structure effilée des extrémités des bras 134, 136 peut créer un certain degré de turbulence dans le fluide qui saécoule à

l'intérieur de l'espace annulaire 100 de descente. Pour réduire effica-

cement au minimum ou éliminer cette turbulence, on a recours à la cons-

truction et au montage de la structure réfléchissante que représente la

figure 5.

Comme le représente la figure 5, la structure réfléchissante 142 se compose d'un élément 144 de support comportant une paire de bras

réfléchissants 146, 148, qui se terminent par une surface réfléchis-

sante 150, 152. La structure réfléchissante est placée contre la surfa-

ce extérieure de l'enveloppe 104, les surfaces réfléchissantes 150, 152 se trouvant disposées dans l'alignement des transducteurs 106, 108 le long du parcours acoustique 128. Le profil des extrémités des bras 146,

148 a pour conséquence de réduire la turbulence du fluide. On peut évi-

ter sensiblement les effets perturbateurs des bras amont 136, 148 sur la propagation acoustique en inclinant le parcours acoustique dans le plan tangentiel, conne le représente la figure 6. A cet effet, les

transducteurs 106, 108 sont disposés de part et d'autre de l'axe longi-

tudinal 126 de la virole extérieure 102. Les structures réfléchissantes , 142 peuvent être positionnées à l'intérieur de l'espace annulaire 100 de descente, en fonction du parcours acoustique 122 formé entre leurs surfaces réfléchissantes 138, 140 et 150, 152 qui sont disposées

dans l'alignement d'une droite passant par les transducteurs 106, 108.

En variante, les effets perturbateurs des bras amont 136, 148 peuvent être sensiblement évités par une inclinaison radiale du parcours acoustique de la manière indiquée a la figure 7. Comme le représente la figure 7, le bras amont 148' se prolonge radialement a l'intérieur de l'espace annulaire 100 de descente sur une plus petite distance que le bras aval 146'. De cette façon, le parcours acoustique 122 formé entre les surfaces réfléchissantes 150', 152' est écarté de la zone de

perturbations du fluide, créée par le bras amont 148'.

Dans les exemples précédents de réalisation de la présente invention, on mesure une vitesse représentative du fluide qui peut être rapportée a la vitesse moyenne de fluide dans tout l'espace annulaire de descente au moyen de relations connues des profils d'écoulement des fluides. On peut également mesurer la vitesse moyenne du fluide en inclinant le parcours acoustique suivant un certain angle a travers l'espace annulaire 100 de descente, ainsi qu'on le décrira à propos des exemples de réalisation représentés aux figures 8 à 12. Le parcours acoustique, qui comprend une réflexion par la surface de la virole extérieure 102 ou de l'enveloppe 104, commne le représentent les figures 8, 10, 11 et 12, permet de disposer les réflecteurs du même côté de l'espace annulaire 100 de descente. Néanmoins, cette construction implique que l'on dispose d'une dimension annulaire spécifique ou d'un positionnement des surfaces réfléchissantes à une distance fixe de la

surface de la virole extérieure 102 ou de l'enveloppe 104.

La figure 8 représente une structure réfléchissante 154 compo-

sée d'un élément 156 de support à l'intérieur duquel est disposée une paire de surfaces réfléchissantes 158, 160. La structure réfléchissante 154 est maintenue contre la surface extérieure de l'enveloppe 104, ses surfaces réfléchissantes 158, 160 étant disposées dans l'alignement des transducteurs 106, 108 le long du parcours acoustique 128. Conformément au présent exemple de réalisation, le parcours acoustique 122 formé entre les surfaces réfléchissantes 158, 160 est réfléchi par la surface intérieure de la virole extérieure 102, ce qui incline le parcours acoustique d'un certain angle a travers l'espace annulaire 100 de des- cente pour permettre la détermination de la vitesse moyenne du fluide à travers cet espace. Conmme le représente la figure 10, une structure réfléchissante 154', construite de manière analogue, est maintenue contre la surface intérieure de la virole extérieure 102 afin de créer, entre les surfaces réfléchissantes 158', 160', un parcours acoustique 122 qui est réfléchi par la surface extérieure de l'enveloppe 104. Les structures réfléchissantes 154, 154 ', sont de construction sensiblement identique, sauf le fait que leurs surfaces réfléchissantes 158, 1603 158', 160' sont inclinées à l'angle voulu pour recevoir et réfléchir les impulsions acoustiques le long des parcours acoustiques 122, 128 en

provenance de et vers les transducteurs 106, 108.

On se reportera maintenant à la figure 9 qui représente un autre exemple de réalisation de la présente invention, dans lequel la structure réfléchissante 162 est composée d'une paire d'éléments 164, 166 de support ayant chacun une surface réfléchissante 168, 170. Corue on le voit, l'élément 164 de support est maintenu contre la surface

extérieure de l'enveloppe 104, sa surface réfléchissante 168 étant dis-

posée dans l'alignement du transducteur 108 le long du parcours acous-

tique 128. Cependant, l'élément 166 de support est maintenu contre la

surface intérieure de la virole extérieure 102, sa surface réfléchis-

sante 170 étant disposée dans l'alignement du transducteur 106 le long

du parcours acoustique 128. De cette maniére, les surfaces réfléchis-

santes 168, 170 forment un parcours acoustique 122 qui est incliné d'un

certain angle à travers l'espace annulaire 100 de descente.

Suivant un autre exemple de réalisation de la présente inven-

tion, représenté à la figure 11, la structure réfléchissante 172 est composée d'un manchon ou revêtement 174 de plastique ou de polymère, par exemple un caoutchouc de silicone, une résine époxyde ou une résine de polyuréthane, dont les caractéristiques acoustiques sont proches de

celles de l'eau ou d'autres liquides de ce genre. Des réflecteurs indi-

viduels 176, 178, présentant respectivement des surfaces réfléchissan-

tes 180, 182, sont encastrés dans le revêtement 174 de polymère. Ce

dernier est fixé a la surface extérieure de l'enveloppe 104 et les sur-

faces réfléchissantes 180, 182 y sont disposées dans l'alignement des transducteurs 106, 108 le long du parcours acoustique 128. A cet égard, le parcours acoustique 122, formé entre les surfaces réfléchissantes

, 182, est réfléchi par la surface intérieure de la virole extérieu- re 104 de manière a créer un parcours acoustique incliné d'un certain

angle à travers l'espace annulaire 100 de descente. L'utilisation du revêtement 174 de polymère, dans lequel sont encastrés les réflecteurs 176, 178, réduit considérablement les perturbations dans l'écoulement

de liquide.

Suivant un autre exemple de réalisation de la présente inven-

tion, représenté à la figure 12, une structure réfléchissante 184, composée d'un élément 185 de support comportant une paire de bras réfléchissants 186, 188 espacés l'un de l'autre et dotés chacun d'une surface réfléchissante 190, 192, est fixée à la surface intérieure d'une conduite 194 de forme cylindrique. Les transducteurs 106, 108 et les surfaces réfléchissantes 190, 192 sont disposés de telle façon que les parcours acoustiques 122, 128 constituent des cordes de la conduite

194. La présence de parcours acoustiques formant des cordes est consi-

dérée également commrne un moyen d'éviter dans la conduite 194 les effets

perturbateurs du bras amont 186.

Comme on l'a indiqué, la présente invention est particulière-

ment avantageuse lorsqu'on l'utilise pour mesurer sans intrusion un écoulement d'eau dans l'espace annulaire de descente formé dans les générateurs de vapeur de centrales nucléaires. Cependant, d'autres applications telles que la mesure de l'écoulement dans des tuyauteries

et la mesure de niveaux de liquides dans des récipients, sont envisa-

gées avec le débitmètre à ultrasons de la présente invention. Les

diverses structures réfléchissantes décrites ici offriront une réduc-

tion minimale de l'écoulement si on les maintient contre une paroi du tuyau. En outre, les structures réfléchissantes peuvent être fixées sur une bride destinée à être serrée entre deux brides de tuyau au moment du montage de la tuyauterie, ou bien elles peuvent être soudées juste à l'intérieur de l'extrémité d'une longueur de tuyau avant que les tuyaux soient soudés. Conformément à la présente invention, la position des structures réfléchissantes mises en place peut être déterminée depuis l'extérieur de la virole extérieure 102 si on en connaît l'emplacement

approximatif. Par exemple, deux transducteurs dont l'un est un émet-

teur, montés dans un support ayant l'écartement et l'orientation voulus, c'est-à-dire le même écartement et la même orientation que les surfaces réfléchissantes, peuvent être déplacés sur la surface de la virole extérieure 102 jusqu'à ce qu'un signal soit reçu à l'autre

extrémité. En variante, on pourrait inclure dans la structure réflé-

chissante une partie saillante ou un trou ayant un écho caractéristi-

que. Si des structures réfléchissantes sont comprises dans la concep-

tion d'un générateur de vapeur de centrale nucléaire, la fixation sur

la virole extérieure 102 est préférable. Les emplacements des transduc-

teurs peuvent ensuite être repérés sur la surface extérieure de la

virole extérieure 102.

On peut également souder ou braser sur la surface extérieure de la virole extérieure 102, des supports 196 d'écartement pour monter les transducteurs 106, 108 aux emplacements voulus, comme le représentent les figures 13 et 14. Les transducteurs 106 et 108 sont montés dans un boîtier 198 contenant des pièces intérieures 200 en vue d'une commande par ressort et d'une connexion électrique par l'intermédiaire d'un connecteur électrique 202. De même, les bras réfléchissants 134', 136' peuvent être soudés ou brasés à la surface intérieure de la virole

extérieure 102. Comme le représente la figure 14, le bras réfléchis-

sant 204 est pourvu d'une surface réfléchissante 206 prévue pour une réflexion intérieure. De plus, dans le cas des générateurs de vapeur, la structure réfléchissante peut être mise en place à travers un trou de visite pendant un arrêt du fonctionnement ou, de préférence, être incluse dans la conception du générateur de vapeur. Les structures réfléchissantes peuvent également se prolonger vers le haut ou vers le

bas dans l'espace annulaire 100 de descente.

Bien que la présente invention ait été décrite avec référence à des exemples particuliers de réalisation, il est bien entendu que ces

exemples de réalisation illustrent seulement les principes et l'appli-

cation de la présente invention. Par exemple, l'utilisation de maté-

riaux quelconques, de dimensions relatives et de techniques électroni-

ques spécifiques sont envisageables. De plus, on peut prévoir de cons-

truire les structures réfléchissantes en une seule pièce métallique, cependant que, d'autre part, il serait possible de les construire sous forme d'un assemblage de plusieurs éléments soudés. Outre le fait de sa simplicité et de sa robustesse, cette construction maintiendrait l'écartement et l'orientation de ses surfaces réfléchissantes sans

nécessiter un alignement précis lors de leur mise en place. La disposi-

tion des surfaces réfléchissantes dans les exemples de réalisation

décrits aux figures 1, 4 et 5, fournit entre les surfaces réfléchissan-

tes un parcours acoustique qui se trouve dans l'alignement de l'écoule-

ment de fluide, c'est-à-dire que l'angle e est égal à zéro pour donner une sensibilité maximale, et la longueur même du parcours acoustique

peut être rendue aussi grande qu'on le veut, pour augmenter la diffé-

rence de temps. De plus, comme autre variante technique, une division en tourbillons provoquée par le bras réfléchissant amont peut être détectée par ultra-sons pendant la détermination de la vitesse

d'écoulement du fluide.

La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réali-

sation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible

de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art.

Claims

REVENDICATIONS

1. Instrument de mesure de la vitesse d'écoulement d'un fluide dans une conduite, comprenant un premier et un second moyens formant transducteurs qui sont montés sur la surface extérieure de cette conduite en des endroits distants l'un de l'autre pour émettre et rece voir des signaux le long d'un parcours de signaux à l'intérieur du fluide, ces moyens formant transducteurs étant disposés sensiblement perpendiculairement à la surface extérieure de la conduite le long d'un même côté de cette dernière, l'instrument comprenant des moyens reflée chissants disposés à l'intérieur de la conduite le long du parcours de signaux pour réfléchir les signaux émis par le premier transducteur vers le second transducteur, cet instrument étant caractérisé en ce que les moyens formant transducteurs sont montés de façon à assurer l'émission des signaux sensiblement perpendiculairement a la direction

de l'écoulement du fluide dans la conduite.

2. Instrument suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens formant transducteurs sont disposés dans l'alignement de

l'axe longitudinal de la conduite.

3. Instrument suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'un au moins des moyens formant transducteurs est disposé d'un coté ou

de l'autre de l'axe longitudinal de la conduite.

4. Instrument suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens réfléchissants réfléchissent en outre les signaux émis par

le second transducteur vers le premier transducteur.

5. Instrument suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens réfléchissants sont disposés à l'intérieur du- fluideD dans

l'alignement de l'axe longitudinal de la conduite.

6. Instrument suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens réfléchissants sont disposés sur la surface de la conduite

l'opposé du premier et du second moyens formant transducteurs.

7. Instrument suivant la revendication 1, caractérisé en ce çue les moyens réfléchissants sont disposés sur la surface de la conduite

qui est contiguë au premier et au second transducteurs.

8. Instrument suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens réfléchissants sont disposés sur la surface de la conduite a

l'opposé et contiguë aux premier et au second transducteurs.

9. Instrument suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens réfléchissants sont disposés à l'intérieur de la conduite

pour réfléchir les signaux le long d'un parcours de signaux en aligne-

ment avec la direction de l'écoulement du fluide à l'intérieur de la conduite.

10. Instrument suivant la revendication 1, caractérisé en ce

que les moyens réfléchissants sont disposés à l'intérieur de la condui-

te pour réfléchir les signaux le long d'un parcours de signaux faisant

un certain angle avec la direction de l'écoulement du fluide à l'inté-

rieur de la conduite.

11. Instrument suivant la revendication 1, caractérisé en ce

que les moyens réfléchissants comprennent une partie de la conduite.

12. Instrument suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens réfléchissants présentent des surfaces réfléchissantes

disposées à 45 par rapport à l'axe longitudinal de la conduite.

13. Instrument suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens réfléchissants présentent des surfaces réfléchissantes dans l'alignement longitudinal l'une de l'autre et formant des angles

communs avec l'axe longitudinal de la conduite.

14. Instrument suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens réfléchissants présentent des surfaces réfléchissantes disposées autrement qu'en alignement 1' une avec l'autre et formant des

angles différents avec l'axe longitudinal de la conduite.

15. Instrument suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens réfléchissants renvoient les signaux vers le premier et vers le second transducteurs le long d'un parcours perpendiculaire à

l'axe longitudinal de la conduite.

16. Instrument suivant la revendication 1, caractérisé en, ce que les moyens réfléchissants sont disposés pour renvoyer les signaux le long de parcours qui constituent des cordes à l'intérieur de la conduite.

17. Instrument suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens électroniques sensibles aux signaux

pour déterminer la vitesse d'écoulement du fluide dans la conduite.