Brevet FR2129854A1 — publié le 19721103

Dans certains réacteurs nucléaires la cuve contenant le coeur du réacteur est fermée par un bouchon tournant qui supporte un système de manutention et de rechargement des éléments combustibles. Entre ce bouchon 5 et la partie fixe de la cuve du réacteur doivent donc être assurées à la fois une ëtanchéité statique, pendant le fonctionnement normal du réacteur, et une étanchéité dynamique, pendant la rotation du bouchon en vue par exemple du rechargement des éléments combustibles. 10 Comme il est très difficile de réaliser en un seul et même matériau un joint qui présente des qualités d'endurance et d'élasticité suffisantes pour supporter une durée prolongée de fonctionnement du réacteur et subir ensuite, lors de l'arrêt de celui-ci, un frottement d'autant 15 plus important que 1'étanchéité statique est meilleure, les dispositifs actuellement existants comportent le plus souvent des joints différents pour assurer chacune de ces"fonctions. Leur réalisation est par suite complexe, ce qui multiplie les causes de défaillance. Il est en effet 20 nécessaire que le dispositif d'étanchéité utilisé soit étroitement pressé entre le bouchon et la cuve de façon à résister à la pression interne de ladite cuve et en même temps qu'il soit suffisamment relâcher pour éviter Une trop grande usure par frottement lors de la rotation relative 25 des deux organes. La présente invention a donc pour but de réaliser un dispositif d'étanchéité de construction simple qui permette d'assurer à.la fois 1'étanchéité statique et 1'étanchéité dynamique tout en limitant l'usure due au 30 frottement et tes causes de fatigue du joint. Ce dispositif d'étanchéité pour bouchon de réacteur nucléaire, tournant dans un support fixe et solidaire d'uie couronne qui repose au-dessus de ce support fixe sur un chemin de roulement, comporte une piste de « 35 frottement ménagée sur toute la périphérie de la partie supérieure de la couronne, un socle annulaire coaxial au bouchon et fixé de manière ëtanche sur le support fixe autour de ladite couronne et du chemin de roulement, un 71 09254 2 2129854 joint d'étanchéité, reposant d'une part sur le socle annulaire et d'autre part sur la piste de frottement de la couronne et comprenant au moins un anneau de frottement et un anneau à ressort de serrage, et des moyens escamo-5 tables de serrage de ce joint contre ladite piste de frottement pendant l'immobilisation du bouchon. Selon un mode de réalisation préféré, le joint d'étanchéité comporte un anneau de frottement et un anneau élastique superposés et des ressorts annulaires 10 l'un intercalé entre ces deux anneaux et l'autre recouvrant la partie supérieure de l'anneau élastique. Le joint d'étanchéité présente ainsi d'excellentes qualités de frottement, dues à la matière du matériau constituant la couche en contact avec la piste de frottement, 15 et de contact avec cette piste grâce aux ressorts de serrage qui sont d'autant plus efficaces qu'ils sont pratiquement toujours isolés de l'atmosphère régnant à l'intérieur de la cuve, ce qui limite les risques d'endom-magement. 2 0 Par ailleurs la combinaison de ce joint d'étanché ité avec les moyens de serrage escamotables permet de régler l'effort de serrage du joint sur la piste de frottement et c'est-à-dire de le limiter au minimum indispensable pendant la rotation du bouchon tandis qu'il peut être 25 maximum pendant l'immobilisation de ce dernier. La fatigue du joint est ainsi réduite et par suite son efficacité et sa durée sont considérablement augmentées. Comme de plus ce dispositif peut facilement être 30 démontable, il est aisé de remplacer les moyens de serrage ou même le joint d'étanchéité sans nuire au bon fonctionnement de l'ensemble. La description ci-deèsous d'iin môdë de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté sur 35 les dessins annexés, fera apparaître plus clairement les avantages et caractéristiques de l'invention. B 3858-3 AM 71 09254 3 2129854 La figure 1 représente, en coupe longitudinale partielle, un dispositif d1étanchéité pour bouchon tournant assurant 1'étanchéité statique. La figure 2 représente également en coupe 5 longitudinale partielle, une variante de réalisation de ce dispositif, en position de rotation du bouchon. Dans un réacteur nucléaire le bouchon tournant qui est destiné à supporter notamment le système de manutention des éléments combustibles, est monté soit directement 10 dans la cuve soit dans un premier bouchon fixé sur ladite cuve. Il est généralement constitué par un corps 1 pénétrant dans l'orifice 3 à obturer et est solidaire à l'extérieur de la cuve d'une couronne 2 reposant sur un chemin de roulement 4 supporté par 1'élément fixe 6 constitué par la 15 paroi de la cuve elle-même ou par le bouchon fixe. Conformément à l'invention, la couronne 2 est découpée sur sa périphérie et comporte un épaulement formant une piste de frottement 8 légèrement convexe. Un socle tubulaire 12 coaxial à la couronne 2 est fixé de manière 20 étanche autour de celle-ci sur le support fixe 6 et un joint d'étanchéité annulaire plat 10 repose à la fois sur ce socle et sur la piste de frottement 8. Sa partie externe est en effet maintenue sur le socle par une bague 14 associée à des vis 16 traversant l'anneau et vissées dans le socle 12 25 tandis que sa partie interne appuie sur la piste 8. Cet anneau 10 est de préférence constitué par une couche 18, en un matériau à coefficient de frottement élevé tel que le téflon, qui est en contact avec la piste de frottement 8 et une-couche de matériau élastique 20 de 30 dimension analogue à la couche 18 et placée au-dessus de celle-ci. Entre ces deux couches, un ressort annulaire à lames 22 tend à appliquer la couche de frottement 18 sur la piste 8 tandis qu'au-dessus de la couche 20 un second ressort annulaire à lames 24 serre l'ensemble de l'anneau 35 10. Un contact constant entre l'anneau 10 et la piste 8 est assuré par la constitution même de l'anneau. L'effort ainsi exercé sur la piste 8 est suffisant pour assurer une étanchéité valable lors de l'arrêt du B 3858-3 AM 71 09254 4 2129854 réacteur pendant la rotation du bouchon tournant. 1. et de la couronne 2. La couche 18 doit essentiellement'résister au frottement tandis que l'élasticité est donnée par la couche 20 et les ressorts. 5 Toutefois cette étanchéité dynamique est complétée à l'arrêt du réacteur par un serrage supplémentaire.de l'anneau 10 sur la piste 8. Ce serrage est, dans le.mode-de réalisation réprésenté sur la figure 1, assuré par un joint gonflable 26 monté dans une gorge 27 pratiquée dans. une. .. 10 bague 28 fixée, par exemple par des vis 30, sur la couronne 2 au-dessus de la piste de frottement 8. Ce joint 26 est relié à travers la bague 28 à une source de fluide sous pression non représentée. Il est gonflé pendant le fonctionnement du réacteur et exerce sur l'anneau 10 une pression suffisante 15 pour assurer 1'étanchéité statique entre le bouchon et la cuve. Par contre il est aisé de le dégonfler lors de l'arrêt du réacteur et ainsi de réduire l'effort de serragee de l'anneau 10 sur la piste 8 pendant la rotation de la 20 couronne 2 et du bouchon 1. Pour améliorer encore 1'étanchéité obtenue l'espace 42 compris entre la couronne 2, l'anneau d'étanchéité 10, le joint gonflable 26 et la couronne 30, peut être rempli d'un fluide, par exemple un silicone, qui 25 lubrifie l'anneau d'étanchéité 10 et lui conserve son élasticité. Ce fluide est évacué à l'extérieur du socle 12 dans une gorge 44 ménagée à cet effet le long de la périphérie du joint 10. Le système de serrage escamotable peut être 30 réalisé par d'autres moyens que le joint gonflable 26, par exemple au moyen de vérins hydrauliques également supportés par la bague 28 et exerçant un effort sur l'anneau 10 pendant le fonctionnement du réacteur. Il peut également, selon une autre variante de 35 réalisation représentée sur la figure 2, comporter un anneau 32 plat parallèle au joint 10. Cet anneau 32 est muni de tiges 34 de traversée de la bague 2 8 et de prolongement à l'extérieur de celle-ci jusqu'au centre d'électro- B 3858-3 AM 71 09254 5 2129854 aimants 36 de rappel desdites tiges 34 et de l'anneau 32 vers l'extérieur c'est-à-dire vers une position de libération de l'anneau 10. Chacune des tiges 34 est placée dans l'axe 5 d'un évidement 38 percé dans la bague 28 et est entourée par un ressort 40 appuyé d'une part contre.la paroi supérieure de cet évidement 38 et d'autre part contre l'anneau 32. Le ressort 40 tend à repousser ledit anneau 32 vers le joint 10 dès que 1'électro-aimant 36 est 10 désexcité. Il suffit donc de supprimer l'alimentation de cet électro-aimant pour assurer un serrage efficace de l'anneau 32 contre le joint 10 et la piste de frottement 8. Quel que soit le mode de réalisation du dispositif de serrage, celui-ci n'agit sur le joint 10 que lorsque 15 cela est nécessaire c'est-à-dire pendant l'arrêt du réacteur. Il permet de disposer d'une pression de contact très importante entre le joint et la piste de frottement de façon à assurer une étanchéité statique efficace mais de réduire cette pression dès qu'elle n'est plus indispensable. Lors 20 de la rotation du bouchon 1'étanchéité est ainsi assurée par le seul joint et les risques de détérioration due au frottement sont très faibles. Le joint peut donc conserver toute son efficacité et par suite être utilisé pendant des périodes très prolongées. 25 Le contrôle ou le remplacement de l'organe de serrage peuvent d'ailleurs être effectués chaque fois que cela est nécessaire par démontage des bagues 28 ou 14. Le desserrage des vis 30 permet le retrait de la bague 28. L'anneau MO assure une étanchéité suffisante 30 pendant l'inaction momentanée du joint 26 ou de l'anneau 32. L'anneau 10 est lui-même facilement atteint lorsque la bague 14 est desserrée. Diverses autres modifications pourraient bien entendu être apportées aux modes de réalisation qui viennent 35 d'être décrits, sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple la bague 14 de même que la bague 28 et même la garniture en caoutchouc 20 pourraient être réalisées en plusieurs morceaux. B 3858-3 AM 71 09254 6 2129854 REVENDICATIONS 1°/ Dispositif d'étanchéité pour bouchon de réacteur nucléaire, tournant dans un support fixe et solidaire d'une couronne qui repose au-dessus de ce support fixe sur un chemin de roulement, dispositif qui comporte une piste de frottement ménagée sur toute la périphérie de la partie supérieure de la couronne, un socle annulaire coaxial au bouchon et fixé de manière ëtanche sur le support fixe autour de ladite couronne et du chemin de roulement, un joint d'étanchéité reposant d'une part sur le socle annulaire et d'autre part sur la piste de frottement de la couronne et comprenant au moins un anneau de frottement et un anneau à ressorts de serrage et des moyens escamotables de serrage de ce joint contre ladite piste de frottement pendant l'immobilisation du bouchon. 2°/ Dispositif suivant la revendication 1, dans lequel le joint d'étanchéité comporte un anneau de frottement et un anneau élastique superposés et des ressorts annulaires intercalés entre ces deux anneaux et recouvrant la partie supérieure de l'anneau élastique. 3°/ Dispositif suivant l'une des revendications 1 et 2, dans lequel les moyens escamotables de serrage sont supportés au-dessus du joint d'étanchéité par une bague solidaire de la couronne. 4°/ Dispositif suivant la revendication 3, dans lequel les moyens de serrage comportent un joint creux placé dans une gorge de la bague et relié à l'extérieur de celle-ci à une source de fluide comprimé, qui est gonflé pendant le fonctionnement normal du réacteur et 1'immobilisation du bouchon et dégonflé lors de la rotation dudit bouchon. 5°/ Dispositif suivant la revendication 3, dans lequel les moyens de serrage comportent des vérins hydrauliques placés dans des évidements longitudinaux de la bague. 6°/ Dispositif suivant la revendication 3, dans lequel les moyens de serrage comportent un anneau plat, B 3858-3 AM 71 09254 7 2129854 parallèle au joint d'étanchéité et muni de tiges de commande traversant la bague solidaire de la couronne, des électro-aimants extérieurs de rappel de cet anneau en position escamotée pendant la rotation du bouchon 5 et des ressorts de serrage de l'anneau sur le joint pendant le fonctionnement normal du réacteur. 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