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FR2688113A1 - Internal inductive heating device for treating tubes and its method of production - Google Patents

Internal inductive heating device for treating tubes and its method of production Download PDF

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FR2688113A1
FR2688113A1 FR9202293A FR9202293A FR2688113A1 FR 2688113 A1 FR2688113 A1 FR 2688113A1 FR 9202293 A FR9202293 A FR 9202293A FR 9202293 A FR9202293 A FR 9202293A FR 2688113 A1 FR2688113 A1 FR 2688113A1
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conductor
tube
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Cartry Jean Pierre
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Areva NP SAS
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Framatome SA
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Abstract

The invention relates to the treatment of metal tubes by internal inductive heating. The conductor (C) which constitutes the coil (B) of the heating device has a ceramic surface lining (KC). This lining insulates this conductor from the wall of the tube (T) to be treated. A magnetic core (N) of this coil also has a ceramic surface lining (KN). The invention applies in particular to the annealing of the tubes of a steam generator of a pressurised water nuclear steam supply system.

Description

Dispositif de chauffage inductif interne pour traitement de tubes et son procédé de réalisation.Internal inductive heating device for tube processing and its production method.

La présente invention concerne de manière générale le chauffage des parois de tubes électriquement conducteurs. Elle concerne plus particulièrement la réalisation de traitements thermiques sur les tubes métalliques qui constituent les faisceaux de divers échangeurs de chaleur. Ces tubes doivent parfois subir de tels traitements tout en restant en place dans ces faisceaux. Tel peut être le cas lorsqu'un tube a subi des déformations, ou lorsqu'il présente une fissure nécessitant la mise en place d'un manchon interne pour rétablir l'étanchéité. Le traitement peut alors faire partie d'une opération de détensionnement après la déformation ou après la soudure d'un tel manchon, ou encore faire partie d'une opération de brasure d'un tel manchon. The present invention relates generally to the heating of the walls of electrically conductive tubes. It relates more particularly to the performance of heat treatments on the metal tubes which constitute the bundles of various heat exchangers. These tubes must sometimes undergo such treatments while remaining in place in these bundles. This may be the case when a tube has undergone deformation, or when it has a crack requiring the installation of an internal sleeve to restore the seal. The treatment can then be part of a stress relieving operation after the deformation or after the welding of such a sleeve, or even be part of a brazing operation of such a sleeve.

Cette invention trouve notamment application dans les centrales de production d'énergie, pour la maintenance des générateurs de vapeur d'une chaudière à eau préssurisée. Le faisceau tubulaire d'un tel générateur comporte de nombreux tubes d'un diamètre de l'ordre de vingt millimètres dont deux tronçons extrémes rectilignes sont fixés par sertissage dans une plaque dite "tubulaire". Ces tubes sont soumis à une corrosion en service qui peut entrainer leur fissuration au voisinage de la plaque tubulaire, en raison notamment des déformations qui ont été subies lors du sertissage et qui laissent subsister des contraintes dans le métal. This invention finds particular application in power plants, for the maintenance of steam generators of a pressurized water boiler. The tubular bundle of such a generator comprises numerous tubes with a diameter of the order of twenty millimeters, two of which are rectilinear end sections are fixed by crimping in a so-called "tubular" plate. These tubes are subjected to corrosion in service which can cause them to crack in the vicinity of the tube plate, due in particular to the deformations which were undergone during crimping and which allow stresses to remain in the metal.

Divers procédés de détensionnement applicables à de tels tubes sont connus. Ils utilisent notamment un dispositif de chauffage à résistance électrique que l'on introduit successivement dans chacun des tubes à traiter. Various stress relieving methods applicable to such tubes are known. They use in particular an electric resistance heating device which is successively introduced into each of the tubes to be treated.

Un tel procédé est notamment décrit dans le brevet français n02 612 941. Il présente notamment l'inconvénient que la température atteinte par la paroi du tube à traiter reste inférieure à celle du dispositif de chauffage introduit dans ce tube. Such a process is described in particular in French patent No. 02121241. In particular, it has the drawback that the temperature reached by the wall of the tube to be treated remains lower than that of the heating device introduced into this tube.

On connait également des procédés de chauffage inductif qui évitent cet inconvénient. Un tel procédé utilise une bobine d'induction constituée de spires successives et parcourue par un courant électrique alternatif. Inductive heating methods are also known which avoid this drawback. Such a method uses an induction coil consisting of successive turns and traversed by an alternating electric current.

L'efficacité de ces dispositifs de chauffage à induction connus est limitée pour les raisons suivantes : d'une part les spires qui engendrent le champ magnétique inducteur doivent être aussi proches que possible de la paroi du tube pour que les lignes de ce champ se referment essentiellement dans cette paroi. D'autre part elles doivent etre prouvue d'éléments d'isolation électrique qui doivent les séparer de cette paroi pour éviter des courts circuits entre spires. Ces éléments doivent etre mécaniquement suffisamment résistante pour conserver leur efficacité après de nombreuses introductions et extractions du dispositif dans des tubes à traiter. Ils doivent de plus résister à des températures élevées.Dans un dispositif connu (le dispositif connu précedemment mentionné) ils sont constitués d'une chemise céramique cyclindrique entourant coaxialement la bobine. Une telle chemise doit etre mince de sorte que des précautions importantes doivent etre prises pour ne pas la casser. The efficiency of these known induction heating devices is limited for the following reasons: on the one hand the turns which generate the inductive magnetic field must be as close as possible to the wall of the tube so that the lines of this field close basically in this wall. On the other hand they must be proven with electrical insulation elements which must separate them from this wall to avoid short circuits between turns. These elements must be mechanically strong enough to maintain their effectiveness after numerous introductions and extractions of the device in tubes to be treated. They must also withstand high temperatures. In a known device (the previously known device mentioned) they consist of a cylindrical ceramic jacket coaxially surrounding the coil. Such a shirt should be thin so that important precautions should be taken not to break it.

La présente invention a notamment pour buts d'augmenter la commodité d'emploi, l'efficacité et la longévité d'un dispositif de chauffage inductif interne, tout en limitant le cout de la réalisation de ce dispositif. The present invention aims in particular to increase the convenience of use, the efficiency and the longevity of an internal inductive heating device, while limiting the cost of producing this device.

Selon cette invention le conducteur constituant la bobine de ce dispositif porte un revetement céramique superficiel. According to this invention, the conductor constituting the coil of this device carries a surface ceramic coating.

A l'aide des figures schématiques ci-jointes, on va décrire plus particulièrement ci-après, à titre d'exemple non limitatif, comment la présente invention peut etre mise en oeuvre. Lorsqu'un meme élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le meme signe de référence. Il doit etre compris que les éléments mentionnés peuvent etre remplacés par d'autres éléments assurant les memes fonctions techniques. With the aid of the attached diagrammatic figures, a description will be given more particularly below, by way of nonlimiting example, how the present invention can be implemented. When the same element is represented in several figures, it is designated therein by the same reference sign. It should be understood that the elements mentioned may be replaced by other elements ensuring the same technical functions.

La figure 1 représente une vue de côté avec coupe axiale partielle d'un dispositif selon la présente invention. Figure 1 shows a side view with partial axial section of a device according to the present invention.

La figure 2 représente une vue de ce dispositif en coupe transversale selon un plan II II de la figure 1. FIG. 2 shows a view of this device in cross section along a plane II II of FIG. 1.

La figure 3 représente une vue en coupe axiale à échelle agrandie d'un détail III de la figure 1. FIG. 3 represents a view in axial section on an enlarged scale of a detail III of FIG. 1.

On va tout d'abord indiquer de manière générale certains éléments ou dispositions qui sont communs, quant à leurs fonctions indiquées, au dispositif donné en exemple et à des dispositifs connus. We will first of all indicate in general certain elements or arrangements which are common, as regards their indicated functions, to the device given as an example and to known devices.

Ce dispositif présente un axe longitudinal A. I1 est destiné à etre introduit coaxialement dans un tube à traiter T dont la paroi est électriquement conductrice et doit subir un traitement thermique. I1 comporte un conducteur C pour conduire un courant électrique alternatif. Un tronçon intermédiaire de la longueur de ce conducteur forme une bobine B dans laquelle il est enroulé sensiblement en hélice autour de l'axe A en formant une succession longitudinale de spires S1, S2 etc....autour de cet axe. Ces spires présentent sensiblement un meme diamètre qui constitue un diamètre de bobine DB. Au voisinage de ses extrémités ce conducteur forme des tronçons de connexion E,F permettant de connecter cette bobine entre les bornes d'un générateur non représenté fournissant ledit courant électrique alternatif. This device has a longitudinal axis A. I1 is intended to be introduced coaxially into a tube to be treated T whose wall is electrically conductive and must undergo heat treatment. I1 has a conductor C to conduct an alternating electric current. An intermediate section of the length of this conductor forms a coil B in which it is wound substantially in a helix around the axis A by forming a longitudinal succession of turns S1, S2 etc ... around this axis. These turns have substantially the same diameter which constitutes a coil diameter DB. In the vicinity of its ends, this conductor forms connection sections E, F making it possible to connect this coil between the terminals of a generator (not shown) supplying said alternating electric current.

Des éléments d'isolation périphérique électriquement isolants sont disposés pour s'interposer entre la bobine et le tube à traiter de manière à empecher la formation d'un court circuit électrique entre les spires de cette bobine par l'intermédiaire de la paroi de ce tube. Electrically insulating peripheral insulation elements are arranged to be interposed between the coil and the tube to be treated so as to prevent the formation of an electrical short circuit between the turns of this coil via the wall of this tube .

Selon la présente invention ces éléments d'isolation sont constitués, sur au moins une partie majoritaire de la longueur de la bobine, par un revetement céramique superficiel KC. Ce dernier épouse la surface du conducteur C en regard de la paroi du tube à traiter T. Il ne s'étend pas longitudinalement d'une spire telle que S1 de cette bobine à la spire suivante S2. Il permet à ces spires de passer à proximité de la paroi du tube T sans risque de contact électrique avec cette paroi. According to the present invention, these insulating elements consist, over at least a majority of the length of the coil, of a KC surface ceramic coating. The latter follows the surface of the conductor C opposite the wall of the tube to be treated T. It does not extend longitudinally from a turn such as S1 of this coil to the next turn S2. It allows these turns to pass close to the wall of the tube T without risk of electrical contact with this wall.

Selon une autre dite disposition commune les spires telles que S1 et S2 se succèdent longitudinalement d'une extrémité arrière BR à une extrémité avant BV de la bobine B. Un tronçon de connexion arrière E s'étend vers l'arrière à partir de cette extrémité arrière. Un tronçon de connexion avant F s'étend lui aussi vers 1' arrière mais à partir de cette extrémité avant en parcourant longitudinalement l'espace intérieur à la bobine. De préférence alors, selon la présente invention, une ogive de guidage et de protection G est montée à l'extrémité avant BV de la bobine B.Elle présente, au voisinage de cette extrémité, une section maîtresse transversale QM dont le diamètre DM est maximal et au moins égal à celui DB de cette bobine Une section transversale courante QC de cette ogive a un diamètre DC qui diminue progressivement vers l'avant à partir de cette section maitresse pour faciliter l'introduction du dispositif dans le tube à traiter T. Cette ogive guide ensuite le dispositif et empêche des chocs du conducteur C contre la paroi de ce tube. Au moins une majeure partie de la longueur de cette bobine est située hors de cette ogive, qui est par exemple constituée d'alumine.De préférence encore sa section maîtresse QM présente un diamètre DM faiblement supérieur au diamètre de bobine DB, de manière à ménager un intervalle de sécurité limité entre les spires telles que S1 et S2 et la paroi du tube à traiter T. According to another said common arrangement, the turns such as S1 and S2 follow one another longitudinally from a rear end BR to a front end BV of the coil B. A rear connection section E extends rearwards from this end back. A front connection section F also extends towards the rear but from this front end by longitudinally traversing the interior space of the coil. Preferably then, according to the present invention, a guiding and protective warhead G is mounted at the front end BV of the coil B. It has, in the vicinity of this end, a transverse master section QM whose diameter DM is maximum and at least equal to that DB of this coil A common cross-section QC of this warhead has a diameter DC which decreases progressively forward from this master section to facilitate the introduction of the device into the tube to be treated T. This ogive then guides the device and prevents shocks of the conductor C against the wall of this tube. At least a major part of the length of this coil is located outside this warhead, which is for example made of alumina. Preferably still its main section QM has a diameter DM slightly greater than the diameter of coil DB, so as to spare a limited safety interval between the turns such as S1 and S2 and the wall of the tube to be treated T.

Selon une autre dite disposition commune, le dispositif comporte en outre un noyau magnétique N constitué d'un matériau ferromagnétique présentant une faible hystéresis magnétique et une forte résistivité électrique. Ce noyau est typiquement constitué d'une ferrite. Il occupe l'espace intérieur à la bobine B, et présente un canal longitudinal P pour le passage du tronçon de connexion F qui est raccordé à l'extrémité avant BV de la bobine B et qui s'étend jusqu'à son extrémité arrière BR. According to another said common arrangement, the device further comprises a magnetic core N made of a ferromagnetic material having a low magnetic hysteresis and a high electrical resistivity. This core typically consists of a ferrite. It occupies the space inside the coil B, and has a longitudinal channel P for the passage of the connection section F which is connected to the front end BV of the coil B and which extends to its rear end BR .

Selon la présente invention la surface latérale extérieure de ce noyau N porte elle aussi un revêtement céramique superficiel KN empechant la formation d'un court circuit électrique entre les spires telles qu S1 et S2 par l'intermédiaire de ce noyau. According to the present invention, the external lateral surface of this core N also carries a surface ceramic coating KN preventing the formation of an electrical short circuit between the turns such as S1 and S2 by means of this core.

Ces spires sont séparées les unes des autres par un intervalle longitudinal plus petit dans des zones longitudinalement extremes de la bobine B que dans une zone longitudinalement intermédiaire de cette bobine. Ceci a pour but d'homogénéiser la température qui est atteinte par le tube à traiter T sur la longueur de cette bobine. These turns are separated from each other by a smaller longitudinal interval in longitudinally extreme zones of the coil B than in a longitudinally intermediate zone of this coil. This is to homogenize the temperature which is reached by the tube to be treated T over the length of this coil.

Par ailleurs le conducteur C est tubulaire pour permettre la circulation interne d'un fluide de refroidissement qui est typiquement de l'eau. Furthermore, the conductor C is tubular to allow the internal circulation of a cooling fluid which is typically water.

De préférence, chaque revetement céramique superficiel KC, KN est formé par une opération de dépôt de céramique réalisée à l'aide d'un chalumeau à plasma. Le matériau céramique déposé est par exemple de l'alumine. Preferably, each surface ceramic coating KC, KN is formed by a ceramic deposition operation carried out using a plasma torch. The ceramic material deposited is for example alumina.

De préférence encore l'opération de dépôt de céramique sur le conducteur C est effectuée après une opération de mise en forme qui a été effectuée sur ce conducteur pour former la bobine B. Ceci évite un risque de détérioration de ce dépôt lors de la formation de cette bobine.  More preferably still, the ceramic deposition operation on the conductor C is carried out after a shaping operation which has been carried out on this conductor to form the coil B. This avoids a risk of deterioration of this deposition during the formation of this coil.

Claims (11)

REVENDICATIONS 1) Dispositif de chauffage inductif interne pour traitement de tubes, caractérisé par le fait que le conducteur (C) constituant la bobine (B) de ce dispositif porte un revetement céramique superficiel (KC).1) Internal inductive heating device for tube treatment, characterized in that the conductor (C) constituting the coil (B) of this device carries a surface ceramic coating (KC). 2) Dispositif selon la revendication 1, ce dispositif présentant un axe longitudinal (A) et étant destiné à être introduit coaxialement dans un tube à traiter (T) dont la paroi est électriquement conductrice et doit subir un traitement thermique, ce dispositif comportant un conducteur (C) pour conduire un courant électrique alternatif, ce conducteur formant une bobine (B) constituée par un tronçon de sa longueur dans laquelle ce conducteur est enroulé sensiblement en hélice autour dudit axe (A) en formant une succession longitudinale de spires (S1, S2) autour de cet axe, ces spires présentant sensiblement un meme diamètre qui constitue un diamètre de bobine (DB), ce dispositif comportant encore des éléments d'isolation périphérique électriquement isolants disposés pour s'interposer entre ladite bobine et ledit tube à traiter de manière à empêcher la formation d'un court circuit électrique entre lesdites spires par l'intermédiaire de la paroi de ce tube, - ce dispositif étant caractérisé par le fait que lesdits éléments d'isolation périphérique sont constitués, sur au moins une partie majoritaire de la longueur de ladite bobine, par un revetement céramique superficiel (KC) épousant la surface dudit conducteur (C) en regard de la paroi dudit tube à traiter (T) sans s'étendre longitudinalement d'une spire (S1) de cette bobine à la spire suivante (52). 2) Device according to claim 1, this device having a longitudinal axis (A) and being intended to be introduced coaxially into a tube to be treated (T) whose wall is electrically conductive and must undergo heat treatment, this device comprising a conductor (C) to conduct an alternating electric current, this conductor forming a coil (B) constituted by a section of its length in which this conductor is wound substantially in a helix around said axis (A) by forming a longitudinal succession of turns (S1, S2) around this axis, these turns having substantially the same diameter which constitutes a coil diameter (DB), this device further comprising electrically insulating peripheral insulation elements arranged to be interposed between said coil and said tube to be treated with so as to prevent the formation of an electrical short circuit between said turns via the wall of this tube, - this device characterized by the fact that said peripheral insulation elements consist, over at least a majority of the length of said coil, of a surface ceramic coating (KC) matching the surface of said conductor (C) facing the wall of said tube to be treated (T) without extending longitudinally from one turn (S1) of this coil to the next turn (52). 3) Dispositif selon la revendication 2, dans lequel lesdites spires (S1, S2) se succèdent longitudinalement d'une extrémité arrière (BR) à une extrémité avant (BV) de ladite bobine (B), ledit conducteur (C) formant deux tronçons de connexion (E, Fr permettant de connecter respectivement ces deux extrémités à deux bornes d'un générateur fournissant ledit courant électrique alternatif, un tronçon de connexion arrière (E) s'étendant vers l'arrière à partir de cette extrémité arrière, un tronçon de connexion avant (F) s'étendant vers l'arrière à partir de cette extrémité avant en parcourant longitudinalement l'espace intérieur à cette bobine,3) Device according to claim 2, wherein said turns (S1, S2) follow one another longitudinally from a rear end (BR) to a front end (BV) of said coil (B), said conductor (C) forming two sections connection (E, Fr for respectively connecting these two ends to two terminals of a generator supplying said alternating electric current, a rear connection section (E) extending rearward from this rear end, a section front connection (F) extending rearwards from this front end by traversing longitudinally the interior space of this coil, ce dispositif étant caractérisé par le fait qu'il comporte en outre une ogive de guidage et de protection (G) montée à l'extrémité (BV) avant de ladite bobine (B) et présentant au voisinage de cette extrémité, une section maîtresse transversale (QM) dont le diamètre (DM) est maximal et au moins égal audit diamètre de bobine (DB), une section transversale courante (QC) de cette ogive ayant un diamètre (DC) qui diminue progressivement vers l'avant à partir de cette section maitresse, de manière à faciliter l'introduction de ce dispositif dans ledit tube à traiter (T), à guider ce dispositif, et à empêcher des chocs dudit conducteur contre la paroi de ce tube, au moins une majeure partie de la longueur de cette bobine étant située hors de cette ogive. this device being characterized by the fact that it further comprises a guiding and protective warhead (G) mounted at the front end (BV) of said coil (B) and having, near this end, a transverse master section (QM) whose diameter (DM) is maximum and at least equal to said coil diameter (DB), a current cross section (QC) of this warhead having a diameter (DC) which gradually decreases forward from this master section, so as to facilitate the introduction of this device into said tube to be treated (T), to guide this device, and to prevent shocks of said conductor against the wall of this tube, at least a major part of the length of this coil being located outside this warhead. 4) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé par le fait que la section maîtresse (QM) de ladite ogive de guidage et de protection (G) présente un diamètre (DM) faiblement supérieur audit diamètre de bobine (DB), de manière à ménager un intervalle de sécurité (J) entre lesdites spires (S1, S2) et la paroi dudit tube à traiter (T).4) Device according to claim 3 characterized in that the master section (QM) of said guiding and protective warhead (G) has a diameter (DM) slightly greater than said coil diameter (DB), so as to provide a safety interval (J) between said turns (S1, S2) and the wall of said tube to be treated (T). 5) Dispositif selon la revendication 2, ce dispositif comportant en outre un noyau magnétique (N) constitué d'un matériau ferromagnétique présentant une faible hystéresis magnétique et une forte résistivité électrique, ce noyau occupant l'espace intérieur à ladite bobine (B), ce dispositif étant caractérisé par le fait que la surface latérale extérieure de ce noyau magnétique (N) porte elle aussi un revetement céramique superficiel (KN) empêchant la formation d'un court circuit électrique entre lesdites spires (S1, S2) par l'intermédiaire de ce noyau.5) Device according to claim 2, this device further comprising a magnetic core (N) made of a ferromagnetic material having a low magnetic hysteresis and a high electrical resistivity, this core occupying the space inside said coil (B), this device being characterized by the fact that the external lateral surface of this magnetic core (N) also carries a surface ceramic coating (KN) preventing the formation of an electrical short circuit between said turns (S1, S2) via of this nucleus. 6) Dispositif selon la revendication 5 dans lequel ledit noyau magnétique (N) présente un canal longitudinal (P) pour le passage d'un dit tronçon de connexion (F) raccordé à une extrémité avant (BV) de ladite bobine (B) et allant jusqu'à son extrémité arrière (BR).6) Device according to claim 5 wherein said magnetic core (N) has a longitudinal channel (P) for the passage of a said connection section (F) connected to a front end (BV) of said coil (B) and going to its rear end (BR). 7) Dispositif selon la revendication 2 ou la revendication 5, ce dispositif étant caractérisé par le fait que chaque dit revêtement céramique superficiel (KG, KN) est constitué d'alumine.7) Device according to claim 2 or claim 5, this device being characterized in that each said surface ceramic coating (KG, KN) consists of alumina. 8) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par le fait que lesdites spires S1, S2 sont séparées par un intervalle longitudinal plus petit dans des zones longitudinalement extrêmes de ladite bobine (B) que dans une zone longitudinalement intermédiaire de cette bobine de manière à homogénéiser la température atteinte par ledit tube à traiter (T) sur la longueur de cette bobine.8) Device according to claim 2 characterized in that said turns S1, S2 are separated by a smaller longitudinal interval in longitudinally extreme zones of said coil (B) than in a longitudinally intermediate zone of this coil so as to homogenize the temperature reached by said tube to be treated (T) over the length of this coil. 9) Dispositif selon la revendication 2 dans lequel ledit conducteur (C) est tubulaire pour permettre la circulation interne d'un fluide de refroidissement.9) Device according to claim 2 wherein said conductor (C) is tubular to allow the internal circulation of a cooling fluid. 10) Procédé de réalisation d'un dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 5, ce procédé étant caractérisé par le fait que chaque dit revêtement céramique superficiel (KC, KN) est formé par une opération de dépôt de céramique réalisée à l'aide d'un chalumeau à plasma.10) A method of producing a device according to claim 1 or claim 5, this method being characterized in that each said surface ceramic coating (KC, KN) is formed by a ceramic deposition operation performed using a plasma torch. 11) Procédé selon la revendication 10, ce procédé étant caractérisé par le fait que ladite opération de dépôt de céramique sur ledit conducteur (C) est effectuée après une opération de mise en forme qui a été effectuée sur ce conducteur pour former ladite bobine (B). 11) The method of claim 10, this method being characterized in that said ceramic deposition operation on said conductor (C) is performed after a shaping operation which has been performed on this conductor to form said coil (B ).
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