Brevet FR2300287A1 — publié le 19760903

La présente invention a pour objet un dispositif de raccordement entre une tôle métallique recouvrant une enceinte en béton et une conduite perpendiculaire à ladite tôle. De façon plus précise, la présente invention concerne un dispositif de raccordement entre une tôle métallique recouvrant la face interne d'une enceinte en béton contenant un fluide chaud sous pression, ladite tôle étant ancrée par points dans ledit béton et une conduite débouchant dans ladite enceinte et devant être raccordée de façon étanche à ladite tôle. Plus préci sément encore, l'invention concerne le cas où ladite conduite également métallique est sensiblement perpendiculaire à la tôle au point de raccordement. Ladite conduite traverse donc totalement ou seulement en partie l'epaisseur de béton constituant l'enceinte. Ce problème se présente en particulier dans le cas des caissons de réacteurs nucléaires dits "d peau chaude". Il s'agit par exemple de certains réacteurs à eau bouillante dans lesquels l'enceinte de résistance à la pression est précisément constituée par un caisson en béton précontraint à "peau chaude". On rappelle que dans son principe, la structure d'isolation thermique à "peau chaude" est constituée par une tôle d'étanchéité métallique directement en contact avec le fluide intérieur chaud. L'isolation thermique constituée par un béton spécial est placée derrière la peau d'étanchéité et lui sert de support. Le béton d'isolation thermique s'appuie lui-même sur le béton de structure du caisson. Dans ce cas général, la tôle de peau chaude comporte des efforts à peu près équilibrés entre les panneaux adjacents plans. Pour mieux exposer le problème, la figure 1 montre en coupe partielle le mode d'ancrage de la tôle d'étanchéité constituant la peau d'étanchéité 1. La peau 1 est maintenue solidaire du béton de structure 12 par des ancrages, qui peuvent être des goujons 2 dans le cas présent, ou des nervures (non représentées) et qui traversent le béton d'isolation 15. Un écran de refroidissement constitué par un système de tubes à circulation d'eau 3, parallèles à la tôle 1, recueille les calories qui traversent l'isolation thermique. La présente invention concerne divers types de con duites-débouchant à l'intérieur du caisson. Ces conduites peuvent être - soit le passage des entrées et sorties de circuit primaire, ou de toute autre tubulure : la paroi en béton est alors percée de part en part; - soit un fourreau cylindrique formant ancrage et servant de support à des composants ou des éléments internes au caisson : dans ce cas, seuls sont traversés la peau d'étanchéité et le béton d'isolation, le fourreau s'arrêtant dans le béton de structure auquel il est accroché. Ce peut être aussi la traversée par un tube-guide pour un arbre ou pour un mécanisme. La zone de raccordement ne peut être traitée comme la structure peau chaude courante. En effet, la traction sur les ancrages, à froid, dans un cylindre est proportionnelle au quotient de l'épaisseur de la tôle d'isolation par le rayon du cylindre formé par la tôle et on ne peut réduire l'épaisseur de la tôle constituant le conduit métallique en proportion du rayon. En outre, le béton d'isolation autour de la traversée augmenterait le diamètre du trou dans le béton de structure et créerait des problèmes de poussée dus au faible diamètre. Un autre problème se situe au niveau de la tôle de peau : un bord "libre" de celle-ci provoquerait une dissymétrie des efforts sur les ancrages proches et donc des-conditions de travail excessives. La présente invention a précisément pour objet un dispositif de raccordement entre une tôle métallique ancrée dans la face interne d'une enceinte en béton et une conduite métallique débouchant dans ladite enceinte sensiblement perpendiculairement à ladite tôle qui permet de résoudre les problèmes évoqués ci-dessus. Le dispositif se caractérise en ce qu'il comprend une pièce de renforcement d'ouverture dont l'épaisseur est supérieure à celle de ladite tôle, ladite pièce étant solidaire par sa périphérie externe du rebord dudit orifice et par sa périphérie interne d'une extrémité d'une manchette admettant comme axe de symétrie l'axe de ladite conduite, ladite manchette étant en un matériau présentant un haut coefficient d'élasticité, l'autre extrémité de ladite manchette étant fixée sur ladite conduite. Selon un mode préféré de réalisation, ladite conduite dans sa portion située à l'intérieur de la paroi de l'enceinte, est entourée par un fourreau métallique ancré dans le béton de ladite paroi, un isolant thermique emplissant l'espace compris entre ladite conduite et ledit fourreau, et est reliée à une bride d'encastrement par un élément ayant en section diamétrale une forme telle qu'il permette une libre dilatation. De toutes façons, l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation du dispositif donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles on a représenté, - sur la figure 1, déjà décrite, une vue en coupe de la paroi de l'enceinte montrant l'ancrage de la peau d'étanchéité, - sur la figure 2, une vue en coupe verticale d'une partie de l'enceinte selon l'axe d'une conduite de sortie de vapeur, - sur la figure 3, une vue agrandie d'une partie de la figure 2, - sur la figure 4, une vue en coupe verticale d'une partie de l'enceinte selon l'axe d'une conduite pénétrant dans ladite enceinte, et - sur la figure 5, une vue en coupe verticale d'une partie de ltenceinte selon l'axe d'un fourreau borgne. La figure 2 représente en coupe le raccordement d'une sortie de vapeur d'un réacteur à eau bouillante intégré dans un caisson en béton précontraint. Pour limiter les fuites en cas de rupture du conduit 8, ou de son prolongement, celui-ci est pourvu, près de la tôle de caisson 1 d'un profil en forme de buse d'étranglement. On a repéré par 1 la tôle de peau chaude du caisson rendue solidaire du béton par des goujons d'ancrage 2. Des tubes 3 de refroidissement à circulation d'eau, suivant le principe rappelé précédemment, permettant de maintenir le béton de structure à une température convenable. Le trou pratiqué dans la tôle 1 est renforcé par l'anneau 4 juste calculé pour compenser l'ouverture due au trou. Une manchette 5 dont la forme, conique dans le cas de la figure, permet de se superposer au profil de la buse de limitation de fuite, est soudée à l'une de ses extrémités sur la pièce 4 par bombardement électronique. Son autre extrémité est soudée, également par bombardement électronique, sur la partie 7 de la bride 6 qui matérialise l'encastrement, donc le point fixe servant d'appui à l'effet de fond du conduit 8. Un pont thermique 6' entre la partie 7 et la bride 6 permet de maintenir froide la bride 6 en la protégeant de la température du conduit 8 par du calorifuge 9. La forme donnée à cet élément annulaire 6' est étudiée pour permettre sa libre dilatation dans sa partie centrale et pour réduire l'effet de dilatation axiale empêchée de la manchette 5 emprisonnée entre l'élément d'ancrage 6 lui-même et l'anneau 4. La bride 6 est boulonnée sur le fourreau 10 qui retient le béton de structure 12 et assure le renforcement calculé pour obtenir la compensation du béton manquant dans l'ouverture. Ce fourreau 10, refroidi par un système de tubes 13 comporte un épaulement 11 ancré en zone froide au sein du béton de structure 12, qui reçoit l'effet de fond transmis par la bride 6. La partie avant du conduit 8 se poursuit à l'intérieur du fourreau dont il est isolé par du calorifuge en air 9 logé dans l'espace annulaire. Ainsi montée la manchette 5, soumise à la température de fonctionnement du réacteur, se dilate librement du côté de la pièce 7 en augmentant de diamètre, alors que de l'autre côté, elle est bridée dans la pièce de renfort 4 théoriquement indéformable. Ces conditions de travail exceptionnelles nécessitent l'emploi d'un matériau à hautes caractéristiques élastiques de façon à ce que les- contraintes provenant de la dilatation empêchée et de la pression interne restent admissibles. Compte tenu des caractéristiques mécaniques, un matériau tel que l'Inconel 718 par exémple, remplit bien les conditions exigées. D'autre part, pour répartir au mieux la flexion longitudinale, l'épaisseur dans le plan de la figure décroît progressivement depuis la pièce de renfort 4 jusqu'd la bride 7. L'épaisseur minimum doit convenir pour résister à la pression du fluide. La partie du caisson concentrique à la manchette 5 est aménagée avec un béton spécial 14 mis en place avant le béton d'isolation 15 et le béton de structure 12 et comporte un trou de drainage 16 en forme de tore permettant de détecter une fuite éventuelle (la figure 3 représente plus en détail cette partie). A l'extérieur de la face externe 17 du caisson, la conduite 8 est munie de moyens de guidage permettant son allongement axial thermique. A cet effet, elle est guidée dans une partie froide par l'intermédiaire d'un pont thermique 18. La couronne 19 fixée à la sortie du fourreau 10 assure le guidage. Elle est en outre munie d'un talon 20 disposé judicieusement pour permettre l'allongement axial thermique, à partir de son point fixe, de la conduite 8 et en cas de rupture de celui-ci servir de butée de sécurité. Cette couronne 19 présente aussi l'avantage - dans le cas oh la traversée 8 est faite d'un matériau de nature différente de celle de son prolongement 21 - de pouvoir être déplacée vers l'arrière et de permettre l'inspection de la zone 22 qui comporte la soudure mixte (par l'intermédiaire d'un tronçon d'Inconel). Le conduit 8 est par exemple en acier inoxydable et son prolongement 21 en acier noir. Dans la description précédente, la jonction du conduit 8 au fourreau 10 par l'intermédiaire de la bride 6 est boulonnée à cause des différences d'aciers possibles : le conduit 8 et la bride 6 peuvent être en acier inoxydable, alors que l'acier noir convient mieux au fourreau 10 sur lequel sont soudés les tubes de refroidissement 13 eux-mêmes en acier noir. L'exemple décrit est le cas particulier d'une sortie vapeur d'un réacteur intégré à eau bouillante comportant une buse d'étranglement qui réduit le débit de fuite en cas d'accident. Mais le dispositif de raccordement s'applique également au cas d'un tuyau droit ou au cas d'une tuyauterie qui pénètre à l'intérieur d'une enceinte de caisson, quels que soient le sens de circulation et la nature du fluide chaud (liquide ou gazeux). La figure 4 illustre une telle disposition. Dans ce cas, la conduite sous pression 8a est rectiligne mais son raccordement sur la pièce de renforcement 4a du trou de peau chaude 1 est tourné vers la cavité du caisson au moyen d'une manchette élastique Sa ayant les mêmes caractéristiques et les mêmes fonctions que la manchette 5 correspondante représentée sur la figure 2. Cette disposition présente l'avantage de laisser apparentes les deux soudures par bombardement électronique. Le schéma serait identique dans le cas d'une traversée par un arbre ou une tige de mécanisme, par exemple. La conduite 8a de la figure 4 contiendrait alors un organe mécanique à la place d'un fluide. La figure 5 représente l'ancrage d'un support de composant situé à l'intêrieur d'un caisson à peau chaude. Le support est constitué par le tube 8b. La manchette élastique 5b est orientée comme dans le cas de la figure 4. La disposition générale ne comporte qu'une traversée partielle, car seule est franchie l'épaisseur de la tôle de peau chaude 1, ainsi que le béton d'isolation 15. Le dessin se trouve simplifié du fait que le fourreau 10b se perd dans le béton de structure au niveau de son épaulement d'ancrage 11. Le tube 8b a son point fixe longitudinal au point repéré 27 situé sur la bride 6 de forme analogue à celle décrite sur la figure 2 et est muni d'une cloison 25. Il peut se dilater longitudinalement vers l'arrière à l'intérieur du fourreau 10b en zone refroidie. Devant assurer des fonctions de supportage, le tube 8b doit être calculé de façon à subir les charges auxquelles il est soumis et à recevoir vers l'intérieur du caisson la forme appropriée convenant au supportage auquel il est destiné. REVENDICATIONS 1. Dispositif de raccordement entre une tôle ancrée sur la face interne d'une enceinte en béton et une conduite métallique débouchant à l'intérieur de ladite enceinte, ladite tôle comportant un orifice dont le bord doit être raccordé à ladite conduite, ladite conduite traversant au moins partiellement l'épaisseur de ladite enceinte, caractérisé en ce qu'il comprend une pièce de renforcement d'ouverture dont l'épaisseur est supérieure à celle de ladite tôle, ladite pièce étant solidaire par sa périphérie externe du rebord dudit orifice et par sa périphérie interne d'une extrémité d'une manchette admettant comme axe de symétrie l'axe de ladite conduite, ladite manchette étant en un matériau présentant un haut coefficient d'élasticité, l'autre extrémité de ladite manchette étant fixée sur ladite conduite. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la manchette a une épaisseur décroissante en allant de la pièce de renforcement vers la conduite. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel la conduite est munie de moyens de guidage permettant son allongement thermique axial. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite conduite, dans sa portion située à l'intérieur de la paroi de l'enceinte, est entourée par un fourreau métallique ancré dans le béton de ladite paroi, un isolant thermique emplissant l'espace compris entre ladite conduite et ledit fourreau. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend un élément annulaire comportant un rebord interne et un rebord externe, le rebord interne étant solidaire de ladite conduite et le rebord externe d'une bride fixée sur ledit fourreau, ledit élément ayant en section diamétrale une forme telle qu'il permette une libre dilatation. 6. Dispositif de raccordement entre une tôle ancrée sur la face interne d'une enceinte en béton et une conduite métallique débouchant dans ladite enceinte et traversant la paroi de ladite enceinte par un orifice, la section de raccordement de ladite conduite étant en retrait par rapport au plan de ladite tôle, ladite tôle comportant un orifice dont le bord doit être raccordé à ladite conduite, caractérisé en ce qu'il comprend une pièce de renforcement d'ouverture dont l'épaisseur est supérieure à cellé de ladite tôle, ladite pièce étant solidaire par sa périphérie interne d'une extrémité d'une manchette admettant comme axe de symétrie l'axe de ladite conduite, ladite manchette étant réalisée en un matériau à haut coefficient d'élasticité, ladite manchette étant raccordée à un épaulement de la pièce prolongeant ladite conduite, ladite conduite étant entourée par un fourreau cylindrique ancré dans la paroi de l'orifice ménagé dans ladite enceinte, l'espace compris entre ladite conduite et ledit fourreau étant rempli par un calorifuge et un élément annulaire comportant un rebord interne et un rebord externe, ledit rebord interne étant fixé sur ladite pièce prolongeant la conduite et ledit rebord externe étant fixé sur une bride elle-même fixée sur ledit fourreau, ledit élément annulaire ayant une section diamétrale telle qu'elle permette une libre dilatation. 7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel la manchette a une épaisseur décroissante en allant de la pièce de renforcement vers la conduite. 8. Dispositif de raccordement entre une tôle ancrée sur la face interne d'une enceinte en béton et un tube métallique débouchant dans ladite enceinte et traversant la paroi interne de ladite enceinte par un orifice, mais ne traversant pas la face du caisson, la section de raccordement dudit tube étant à l'intérieur de ladite enceinte par rapport au plan de ladite tôle, ladite tôle comportant un orifice dont le bord doit être raccordé audit tube, caractérisé en ce qu'il comprend une pièce de renforcement d'ouverture dont l'épaisseur est supérieure à celle de ladite tôle, ladite pièce étant solidaire par sa périphérie interne d'une extrémité d'une manchette admettant comme axe de symétrie l'axe dudit tube, ladite manchette étant réalisée en un matériau à haut coefficient d'élasticité et étant solidaire par son autre extrémité de la périphérie de ladite conduite. 9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel la manchette a une épaisseur décroissante en allant de la pièce de renforcement vers la conduite.