Brevet FR2034334A1 — publié le 19701211

L'invention concerne la technique des hautes pressions et des dispositifs de grandes dimensions susceptibles de résister à de telles pressions, par exemple de l'ordre de 500 bars pour des volumes de l'urdre d'une centaine de mètres cubes ou de l'ordre de 100 bars pour des volumes atteignant un ou plusieurs milliers de mètres cubes. I1 est connu que, pour réaliser des dispositifs tels que des récipients, cuves, canalisations, tuyères, venturis ou autres destinés à contenir ou à véhiculer des milieu: tels que des fluides, dont la pression peut ateindre des valeurs très élevées de l'ordre de 500 bars environ, on est amené à mettre en oeuvre des'parois dont l'épaisseur, qui est sensiblement propor- tionnelle à la pression du milieu considéré, peut devenir très importante. I1 en résulte que dans le cas où de tels dispositifs sontréalisés à partir d'éléments métalliques, le soudage des divers éléments entre eux entrsîne, an raison de leurs grandes épaisseurs, des problèmes technologiques très délicats; un tel soudage peut même se révéler pratiquement impossible, lorsque les dispositifs à souder présentent un volume et une disen- sion trop importants. Par ailleurs, certaines sujétions et notamment des problèmes de corrosion peuvent conduire G isoler au moins l'une des parois métalliques du dispositif, par rappert au milieu stocké ou acheminé, au moyen d'un matériau chimiquement inerte vis a vis dudit milieu. Les techniciens de l'art antérieur ont proposé de réaliser de tels dispositifs au moyen de deur matériaux différents: un premier matériau inerte visa vis du milieu à traiter et constituant une première paroi, et un deuxième natériau, présentant vis à vis dudit milieu une résistance t la pression plus élevée que le premier matériau, et constituant un douxième paroi de grande épaisseur entourant la premiere paroi.Mais une telle réalisation ne peut le plus souvent se revéler efficace vis-à-vis des pressions très élevées en raison des déformations qu'elle fait subir aux parois du matériau composite ainsi obte nu. On a constaté en effet que les matériaux vrésantant une bnn- ne résistance à la corrosion vis à vis des ilieux agressifs possèdent en général des propriétés mécaniques très différentes de celles des matériaux pouvant résister aux contraintes mécaniques provoquées par les pressions très élevees mises en jeu. En conséquence, lorsque de tels matériaux composites sont soumis à la haute pression du milieu tel qu'un fluide, la différence de propriétés mécaniques des matériaux individuels, en particulier de leurs modules d'éasticité, conduit à des répartitions inégales de charges entre eu, ce oui se traduit couramment par une fissuration de l'une ou. l'autre des parois. Pour tenter de remédier a un tel inconvénient dans le cas où le module d'élasticité de la première paroi ou paroi intérieure est inférieur à celui de la deu@ième paroi ou paroi extérieure, on a déjà prévu un certain espacement ou jeu entre les deux parois successives, de telle serte que, sous l'influence de la pression exercée par le milieu, la première paroi prenne appui sur la deuxième, cette dernière paroi coopérant ainsi avec la première pour assurer la résistance vis à vis de la pression du fluide. Mais, par suite de phénomènes de fatigue de la première paroi ou de retrait différé dans le temps de la deuxième, le jeu ainsi prévu se trouve notablement réduit ou même almulé au bout d'un certain temps, et il en résulte à nouveau une mauvaise répartition des charges, susceptible de conduire a une fissuration progressive desdits matériaux, pouvant entraîner la rupture et mEme l'éclatement du dispositif. Dans la présente description, on désignere par "enceintes" l'ensemble des dispositifs et organes de ce type susceptibles de supporter de très hautes pressions. L'invention propose un moyen pour remédier aux inconvénients de l'art antérieur an permettant de foire varier à volonté l'intervalle ou espacement existant outre les deux parois définies précédemment des enceintes déje connues. Ainsi, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'enceinte; de grandes dimensions résistant à des pressions très élevées et constituées par deux enceintes distinctes dont les parois, en l'absence de pression, sont séparées par un intervalle, la première enceinte étant destinée e contenir le milieu sous pression et la deuxième enceinte entourant la prenière,ledit p::océdé étant caractérisé en ce qu'on fifre c l'origine ledit intervalle à une valeur supérieure à celle de le tolérance maximale admissible pour tenir compte des dé lseements relatifs desdites parois sous l'effet de la pression et (ou) au cours du temps, qu'on dispose entre les deux parois un revêtement d'un matériau tel qu'un alliage métallique fecilement fusible, avec une épaisseur originelle telle que ledit intervalle soit réduit au jeu optimal assurant une répartition normale des efforts entre les deux parois et qu'on réalise le fusion dudit matériau, le cas échéant de façon répétée au cours du temps, de telle sorte que l'intervalle separant les parois attei,?ne la valeur désirée correspondant à l'état mécanique instatané des parois. L'invention concerne done un procédé permettant de compenser périodeiquement toute diminution de jeu entre deux pareis réalisées en des materiaux difféents, et presentant certaines variations dens le te-ïtps de leurs propriétées, se traduisant notamment tar une fatigue et (ou) un retrait différé Elle a également pour objet des dispositifs mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, et, plua partioulièrement des dispositifs de rendes dimensions susceptieles ce supporter des pressions très élevées, de l'ordre Ce 500 bers pour des volumes de l'ordre d'une centaine de mètres cubes, et de l'ordre de 100 bars pour des volumes atteignant un ou -plusieurs mil liera de iaètres cubes. Dans le cas partioulier où la -re-are paroi ou paroi intérieure est réalisée an acier et se trouve e- prenier lieu soumise à la pression élevée du fluide tandia qui l'autre parei ou paroi exrtérieure est constituée de béton, la procéde selon l'invention permet à la fois de compenser la fatigue de l'acier et le retrait différé du béton. Un dispositif pour la mise en oeuvre du proe@dé de l'in- vention, en partioulier pour le magasione @e et (ou) le transport d'un fluide sous une pression tra levée de l'ordre de 500bars, comprend au moins deux enceintes cylindriques OU sphériques d'axe commun réalistes en au moins deux matériaux differents et séparées par un certain intervalle et est earectérisé par un manchon cylindrique ou sphérique de mena axe constitué d'un ma matériau à bas point de fusion, disposé dans ledit intervalle et solidaire d'au moins l'une desdites enceintes. Ce dispositif est particulièrement applicable aux enceintes à double paroi dont les matériaux pessèdent des coules d'élasticité diférents et des contraintes sdmissibles très différentes. le matériau utilisé présente un peint de fusion abantageusement bas qui peut même être inférieur à 100 C pour certaines applications. On peut faire sppel å cet effet å un alliage metallique choisi parmi les alliages cornus qui fondent au-dessous de 1000C et qui sont aisés à mettre Sil oeuvre, par exem tle les alliages dits de Wood ou de Darcet, à bse de bismuth, d'étain et de plomb, de cadmium et d'indium.On utilise avec avantage un alliage quaternaire eutectique aunat la composi- tion suivante : Plomb : 27, 3% Etain : 13, 1% Bismuth : 49, 5% Cadmium : 10, 1% Un tel alliage fond à 710C environ t possede, an outre, des propriétés remarquables d'inoxydabilité. les enceintes et autres dispositifs proposés par l'invention présentent un certain nombre d'abantages. En premier lieu, grâce au maintien permanent du jeu optimal entre les différentes pareis, on assure une répartition es efforts entre les matériaux constituant les parois qui est compatible avec leurs caractéristques tecariques respectives. I1 s'ensuit que de tels dispositifs ne pre sentent aucun risque de détérieration éliminant de ce fait les dangers de rupture et d'explosion. Un autre avantage résulte du fait qu'il est facile de mainteir le jeu optimal, par suite du bes point de fusion du matériau constituant le manchon. En effet, il suffit par exen- ple de faire simplement eireuler de leau chqude sous faible pression dans le dispositif pour réaliser la fusion du métal. En outre, par suite de la possibilitè d'utiliser des matériaux chimiquement inertes, de tels dispositifs peuvent être adaptés à des milieux très corrosifs, pouvant pat ailleurs être portés à de stempératures relativement élevées. De tels dispositifs peuvent trouver des applications dans tous les cas ou l'on doit stocker ou éhiculer un fluide, éven tucllement corrosif, sous des pressions tr.s élevees. Notamment l'invention peut être appliquée dans le de l'énergie nucléasire.L'alliage intermédiaire utilisé pr@sente alors un point de fusion notablement plus élevé L'invention est illustrée sans être aucuement linitée par l'exemple ci-après qui concrrne une cuve e rende capacité destinée au stockage d'un fluide porté a tres haute pression, en réference au dessin dont al figure uniqeu reprsente schématiquement ladite cuve en demi-coupe axiale. Dans la cuve à double paroi choisie s titre d'exemple, la paroi intérieure est en acier et la paroi exterieure en béton précontraint. En se reportant au deessin, une cuve de stockage d'un fluide à très haute pression comprend esse@tiellement une enceinte intérieure cylindrique-l, prolongée par un fond 2 de forme sensiblement hémisphérique, lesdits eléents étant réslisés en acier. Cette enceinte est supportée au mouen de montants 3 soudés sur le fond 2 et prenant appui sur le sol 4. L'enceinte extérieure. 5 réalisée en béton précontraint, présente également une forne cylindrique dont l'axe est commun avec l'axe de l'en- ceinte d'acier 1. Selon l'invention l'intervalle i entre les enceintes 1 et 5 est prédétermine, de telle sorte qu'il ne puisse an aucun cas entre annulé par le retrait différé de l'enceinte 5 en béton. Dans l'intervalle i est monte un manchen 6 en alliage fusible, solidarisé avec l'enceinte 1, par exemple W.t-r soudobrasure. Par ailleurs, un coffrage interndiaire d'acier 7 est avantageusement lié à l'enceinte de bèbon 5 dans le but de compenser les aspérités et rugosités de adite enceinte. Entre l'enceinte 5 et le coffrage 7, on interpose une couche 8 de marériauthermiquement isolant, destinée @@viter de chaluffer le béton si l'on porte l'intérieur de la cuve 3 une temperature supérieure à la normale. L'épaisseur du manchon 6 est prédeterminnée, de telle sorte que la distance ou jeu j entre ledit manchen et le coffrage d'acier 7 présente une valeur optimale. Plus précisément, lorsque la cuve 1 renferme le fluide sous très haute pression, le paroi du manchon 6 vient en contact avec le coffrage 7, et elle exerce alors sur l'enceinte de béton 5 une pression qui doit être compatible avec la résistance mécanique de ce matériau. L'alliage constituant le manchot 5 est un alliage eutectique quaterniaure ayant la constitution suivante plomb : 27,3% Etain : 13,1% Bismuth : 49,5% Cadmium : Le fonctionnement du dispositif selon l'invention est le suivant : Lorsque la valeur dujeu j diminue par suite du retrait dir féré de l'enceinte de béton 5, le rattrapage du geu est effectué en procéda@t à la fusion du manchon 6. Cettc fusion est très ai- sément obteeue en faisant eirculer dans l'encier 1 un courant d'eau chaude, portée au veisinage de son point d'ébullition, Le jeu optimal est obtenu en maintenant le réseervoir à la pression choisie et en laissant l'alliage sc refroidir. Il est également possible de lier le manchon 6 à l'encein te eu béton 1 par tout moyen approprié. L'invention n'est done pas limitée à l'exemple de réalisa tion spécifiquement décrit. En partieulier les moyens pat les quels on réalise la fusion contrôlée de l'alliage métallique sont queleonques. Il serait par exemple pessible au moins avant mise sous pression de la cuve ét Dour régler la valeur originel le du jeu j d'introduire des résistances chauffantes dans le man chon 6 et d'opérer la fusion de ce derlnicr par éctange de chaleur avec les résistances susdites. Dans ce cas l'alliage peut avoir un point de fusion quelque peu supérieur. Cependent, pour des raisons de commodité pratique, on préfère on géneral utiliser des alliages ou autres produits présentant un retrait a la solidification pratiquement nul. De tels alliages contiennent par exemple 50% de bismuth. REVENDICATIONS l. Procédé de fabrication d'enceintes de grandes dimensions résistant à des pressens très élevées et constituées par deux enceintes distinctes dont les parois, en l'absence de pressions, sont séparées par un intervalle, la prenière enceinte etant destinee à contenir le milieu sous pression et la deuxième enceinte enteurant la première, ledit procedé étant caractérisé on ce qu'on fixe à l'origine ledit intervalle a une voleur supérioure à celle de la tolérance maximale asnissible pour tenir compte des déplacements relatifs desdites parois sous l'effet de la pression ct (ou) au cours du temps, qu'on dispose entre les deux pérois un revête@ent d'un matériau tel qu'in alliage métallique, facilement fusible, avec une épeisseur originelle telle que ledit intervalle soit rédeit au jeu optimal assurant une répartition normale des efforts entre les des parois et ou' on réalise le fusion dudit matériau, le cas échéant de fa çon répétée au cours du temps, de telle sorte que l'intervalle séparant les parois atteigne la valeur désirée correspondant à l'état mecenique instantané des parois. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, en particulier pour le mag esinage t (ou) le transpert d'un fluide sous une pressior très élevée de l'ordre de 500 bars, comprenant au moins deux anceintes eylindriques ou sphériques d'axe commun, réaliseées en au meins deux matériaux différents et séparées par un certain intervalle et caractérisé par un manchon cylindrique ou sphérique du même are constitué d'un matériau facilement fusible, dis@ose dans ledit intervalle. 3.Dispositif selon la revendication 2 caracterisé en ce que les matériaux présentent des contraites @dmissibles non proportionnelles a leurs modules d'élasticité respectifs 4. Dispositif selon las revendications 2 et 3 caractérisé en ce que la paroi intérieure est c-- acier et le parei extérieure en beten précontraint. 5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que le point de fusion du manchon est inferienr à 100 C 6. Dispositif selon les revendications 2 et 5 caractérisé en ce que l'alliage constituant le manchen est un alliage de Darcet à base de bismuth, d'étain et Ci plomb. 7. Dispositif salon les revendications 2 et 5 caractérisé en ce que l'alliage constituant le manchon est un alliage répondant à la formule Plomb : 27,3% Etain : 13,1% Bismuth : 49,5% Cadmium 10,1% 8. Dispositif selon les revendications 2 et 4 caractérisé en ce que le cnchon est fixé sur la peroi intérieure. 9. Dispositif selon les revendications 2, 4 et 3 caractérisé en ce qu'un matériau thermiquoement isolemt est interposé entre le coffrage et 1 paroi extérieure de l'euceinte. 10. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que des moyens de chauffage sont disposes dens le mamchon fusible. 11. Dispositif selon les rovendications 2 et 10 caractérisé o en co que lesdits moyens sont des résistances eiauffantes. 12. Dispositif selon la revendication 2 earactérisé en ce qu'il comprend des moyens pour faire circuler un fluide de chauffage dans l'enceinte intérieure au contact du manchon fusible. 13. Dispositif selon les revendications 2 et 12 caractérisé en ce eue ledit fluide de chauffage est de l'eau 14. Dispositif selon les revendications 2 et 4 caractérisé en ce què le menchon est soudé sur la paroi intérieure.