Brevet FR2301764A1 — publié le 19760917

La présente invention due à la collaboration de Monsieur Pierre Cuisset de la Société d'études des Caissons nucléaires et du Commissariat à l'Energie Atomique a pour objet un dispositif de raccordement entre une conduite traversant une enceinte en béton et une tôle métallique recouvrant la paroi interne de ladite enceinte. Plus précisément, l'invention est relative au pro blème posé par la réalisation d'un raccordement étanche entre une tôle métallique ancrée dans la paroi interne d'une enceinte en béton contenant un fluide chaud sous pression en vue d'en assurer l'étanchéité et une conduite traversant une paroi de l'enceinte pour déboucher à l'intérieur de cette dernière. Ce probième est particulièrement complexe du fait de l'écart important entre les dilatations respectives de la tôle ancrée dans le béton, et de la conduite engendrées par les effets de température. I1 se rencontre notamment dans les réacteurs nucléaires à eau légère pour lesquels l'enceinte de résistance à la pression est constituée par un caisson en béton précontraint à "peau chaude". Une structure d'isolation thermique à "peau chaude" est constituée par une tôle métallique d'étanchéité en contact avec le fluide, une épaisseur de béton~thermiquement isolant supportant ladite tôle et s'appuyant sur le béton de-structure dans lequel ladite tôle est ancrée. Pour raccorder de façon étanche une conduite débouchant iwans une enceinte à la tôle d'étanchéité recouvrant la paroi interne de cette dernière, il faut prévoir un orifice, ménagé à la fois dans ladite enceinte et dans ladite tôle, dans lequel est placée ladite conduite et assurer la liaison étanche entre ladite conduite et le bord de l'ouverture ménagée dans ladite tôle. Cette liaison doit être telle que les effets de température et de pression n'engendrent pas, au niveau du bord libre de ladite tôle, des contraintes sortant du domaine des contraintes admissibles. La présente invention permet justement d'atteindre ce but, puisqu'elle a précisément pour objet un dispositif de rac cordement grâce auquel la conduite peut se dilater librement sans engendrer de contraintes risquant d'endommager la tôle métallique dont les déformations, imposées par le béton de structure, sont faibles. Ledit dispositif a de plus l'avantage de présenter une grande simplicité et une bonne fiabilité. Le dispositif objet de l'invention permettant d'assurer le raccordement précité se caractérise en ce qu ' il présente une fente fine, en communication avec l'intérieur de l'enceinte, délimitée, d'une part par une manchette libre de se dilater dont les bords sont respectivement.reliés à la conduite qui prend appui sur ladite manchette, et à un fourreau recouvrant en partie la paroi interne de l'orifice depuis l'extérieur de l'enceinte, et d'autre part par un tube prolongeant ledit fourreau jusqu'à l'intérieur de l'enceinte et relié de façon étanche au bord libre de ladite tôle métallique d'étanchéité. Le dispositif de raccordement, tel que caractérisé ci-dessus, est réalisé de façon à ce qu'en tenant compte des dilatations transversales de la manchette, causées par une montée en température, la largeur de la fente soit la plus fine possible. En effet, cette fente emprisonne un fluide dont il convient de limiter les mouvements de convection afin de contrôler le gradient thermique supporté par la manchette sur laquelle s'appuie la conduite. Ce fluide peut provenir de l'enceinte du fait de la communication existant entre ladite fente et l'intérieur de l'enceinte, ou bien être introduit dans ladite fente de 1 'extérieur. Dans le cas particulier où l'enceinte contient une vapeur condensable, la fente est remplie par les condensats de cette vapeur. La fente ne doit en aucun cas renfermer un fluide susceptible de se condenser à l'intérieur de cette dernière. Ainsi, grace à la finesse de la fente, il est possible de maintenir relativement constant le gradient thermique de la manchette, chaude à son extrémité reliée à la conduite, et froide à son extrémité reliée au fourreau de l'orifiçe, puisque les transferts de chaleur s'effectuent à travers le fluide de la fente par conduction, les mouvements de convection de ce dernier étant quasiment annulés. En conséquence, grâce au contrôle du gradient thermique de la manchette, ladite manchette peut, quoique soudée à ses extrémités, suivre sans contraintes notables les dilatations de la conduite. Pour le dispositif tel que caractérisé ci-dessus, il est avantageux, quel que soit le type de conduite auquel est appliqué ledit dispositif, d'envisager l'alimentation de la fente par une source extérieure à 1 'enceinte en faisant déboucher, dans ladite fente, à son extrémité non en communi cation avec l'enceinte, une conduite d'alimentation en fluide de méme nature que celui de l'enceinte. Ce mode d'alimentation effectué à intervalles régu liers permet de renouveler le fluide de la fente, ce qui est utile pour éviter toute accumulation dans la fente de produits de corrosion. Il permet d'autre part, lorsqu'il est effectué en continu, de compenser de façon stre les pertes éventuelles de fluide par écoulement gravitaire et peut être considéré comme indispensable dans certains cas tels que par exemple celui d'une conduite traversant en plafond l'enceinte. Par ailleurs, il peut etre avantageux, dans le but de limiter les écoulements de fluide, de prolonger selon l'invention ladite fente par l'intermédiaire d'une collerette d'étanchéité relative située aussi près que possible de la tôle d'étanchéité. D'autres caractéristiques et avtzt-ages de l'invention apparaitront plus clairement à la lecture de la descri*ion qui va suivre des modes de réalisation du dispositif de l'invention donnés fl titre illustratif mais nullement limitatif. Cette des \ potion sera faite en référence aux figures schématiques annexées 1 à 3 pour Lesquelles - sur la figure 1, on a représenté en coupe verticale -le dispositif de raccordement pour une conduite horizontale débouchant à l'intérieur de l'enceinte en pénétrant dans cette dernière telle que, par exemple, une conduite d'alimentation en eau d'un réacteur à eau bouillante. - sur la figure 2, on a représenté en coupe verticale le dispositif de raccordement pour une conduite horizontale débouchant dans l'enceinte sans y pénétrer telle que, par exemple, une conduite de sortie d'eau d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée. - sur la figure 3, on a représenté la variante de réalisation du dispositif, objet de l'invention, dans laquelle la fente se prolonge par l'intermédiaire d'une collerette d'étanchéité relative disposée contre la tôle d'étanchéité. Le mode de réalisation choisi pour ladite collerette est particulièrement approprié pour une conduite de sortie de vapeur d'un réacteur nucléaire à eau bouillante. Sur la figure 1, on a repéré la tôle métallique d'étanchéité 1 supportée par le béton d'isolation thermique 2 et ancrée dans le béton de structure 3 sur lequel s'appuie ledit béton d'isolation thermique 2. L'ensemble tôle 1, béton isolant 2 et béton de structure 3 (constituant par exemple la paroi d'un caisson de réacteur nucléaire dit à "peau chaude") délimite l'enceinte 5. On a également repéré la conduite 7 pénétrant dans ladite enceinte 5, après traversée de l'orifice cylindrique 9 ménagé dans une paroi latérale de cette dernière. (Cette conduite étant par exemple une conduite d'alimentation en eau d'un réacteur nucléaire à eau bouillante). On voit ainsi que le dispositif de la figure 1 concerne le raccordement entre le bord circulaire libre 11, délimité par ledit orifice 9, et la paroi 13 de la conduite 7, ladite conduite pénétrant dans ce cas à l'intérieur de l'enceinte 5. La paroi 15 de l'orifice 9 est en partie recouverte à partir de la paroi externe 17 de l'enceinte 5, par un fourreau 19 ancré dans ladite paroi 15. Le fourreau 19 est prolongé, vers la paroi interne de l'enceinte 5, par un tube 21 également ancré dans la paroi 15 et relié de façon étanche au bord libre 11 de la tôle métallique d'étanchéité 1. Le tube 19 ancré dans le béton de structure 3, et la portion du tube 21 ancrée dans ledit béton de structure 3, constituent une zone froide puisque des canalisations de refroidissement 25 sont insérées à leur proximité dans ledit béton de structure pour assurer sa protection thermique. Par ailleurs, entre la conduite 7 et les tubes 19 et 21, se trouve une couche d'isolant thermique 27. Selon la caractéristique essentielle du dispositif de raccordement de l'invention, la paroi 13 de la conduite 7 est reliée à l'une des extrémités d'une manchette 29, elle-même reliée par son autre extrémité à l'extrémité 20, interne par rapport à l'orifice 9, du fourreau 19. La tôle métallique 1 est rendue solidaire, éventuellement par l'intermédiaire d'une pièce de renforcement 31, de l'extrémité du tube 21, interne par rapport à l'intérieur de l'enceinte 5, ce tube 21 étant solidaire par son autre extrémité du fourreau 19. Selon l'invention, la manchette 29 et le tube 21 définissent entre eux une fente mince 33 ouverte vers llinté- rieur de l'enceinte 5 et s'étendant jusqu'à l'extrémité 20 du fourreau 19 auquel sont reliés respectivement la manchette 29 et le tube 21. Par ailleurs, on voit sur la figure 1 qu'une con duite d'alimentation 35 débouche au fond de la fente 33, ladite conduite étant prévue dans la masse du béton 3. La manchette 29 supporte un gradient thermique, puisque son extrémité reliée au fourreau 19 est à une tempé rature relativement froide du fait du refroidissement opéré par les canalisations 25, alors que son autre extrémité cotncidant avec l'extrémité 13 de la conduite 7 en contact avec le fluide de l'enceinte est à une température élevée. Le mode d'action, sous l'effet des contraintes thermiques d'un tel raccordement entre le bord 11 de la tôle 1 et la paroi 13 de la conduite 7, par l'intermédiaire de la manchette 29 délimitant, avec le tubé 21- relié à la tôle 1, une fente 33 de contrôle du gradient thermique supporté par ladite manchette 29, est le suivant Ladite manchette 29, du fait de l'existence de son gradient thermique, peut suivre sans contraintes notables la dilatation de la conduite 7, bien qu'elle soit soudée à ses deux extrémités. Il va de soi que les contraintes engendrées par les dilatations de la conduite 7 demeurent admissibles grâce au maintien à une valeur constante du gradient thermique de la manchette 29, sachant que ce gradient thermique est fonction de la nature du transfert de chaleur à travers le fluide contenu dans la fente 33. C'est pourquoi la largeur de ladite fente 33, déterminée afin d'obtenir un transfert de chaleur à travers ledit fluide de la fente 33, par conduction et non par convection, doit être inférieure à une valeur de l'ordre de 3 mm, ce qui permet de maintenir une température faible à l'extrémité de la fente 33 non en communication avec l'inté rieur de l'enceinte 5. De façon générale, quel que soit le type de conduite raccordée, la conduite 35 permet d'éviter toute accumulation éventuelle de prodults corrosifs dans la fente 33. Le dispositif de raccordement tel que réalisé sur la figure 1 peut de façon satisfaisante assurer le raccordement d'une conduite d'alimentation en eau d'un réacteur nucléaire à eau bouillante. Sur la figure 2, on reconnaît le dispositif de raccordement de l'invention, conforme au mode de réalisation décrit en référence à la figure 1, assurant cette fois le raccordement de la tôle métallique 1 à l'extrémité 14 de la conduite 37 débouchant dans l'enceinte sans pénétrer dans cette dernière, telle que par exemple, une conduite de sortie d'eau d'un réacteur à eau pressurisée. On voit que l'agencement des composants du dispositif de l'invention conservant leurs références de la figure 1, est identique à celui qui a été décrit au regard de ladite figure 1. Le raccordement d'une conduite 37 ne pénétrant pas dans l'enceinte 5 peut, bien entendu, être réalisé avec le minimum de contraintes dans les mêmes conditions. Sur la figure 3 dans laquelle les pièces figurant déjà sur les figures précédentes portent les mêmes nombres de référence, on a représenté le raccordement de la tôle d'étanchéité 1 à une conduite 39 telle qu'une sortie de vapeur d'un réacteur nucléaire à eau bouillante. On voit que dans ce mode de réalisation-la fente 33 est prolongée, de façon sensiblement perpendiculaire à l'orifice 9, par l'intermédiaire d'une collerette d'étanchéité relative 41 disposée contre la tôle métallique 1, en assurant entre la tôle et la collerette une épaisseur très faible de la fente, cette épaisseur étant limitée par le mode de construction et les tolérances. Dans le cas particulier du raccordement d'une sortie de vapeur d'un réacteur nucléaire à eau bouillante, l'étanchéité relative de ladite collerette 41 peut, par exemple, être obtenue,de façon à compenser exactement les pertes d'eau liquide par écoulement gravitaire par l'eau provenant de la condensation de la vapeur au-dessus de 1'orifice 9, par des évidements 43 creusés dans la collerette 41 au-dessus dudit orifice 9, comme on le voit sur la figure 3'. Pour une largeur de fente inférieure à 3 mm, lesdits évidements 43 peuvent, par exemple, être d'une profondeur de 1 mm, l'épaisseur de la fente entre la collerette et la tôle d'étanchéité étant de 1/10 de mm en partie courante. REVENDICATIONS 1. Dispositif de raccordement entre le bord libre d'une tôle métallique d'étanchéité ancrée dans la paroi interne d'une enceinte en béton munie d'un orifice délimitant ledit bord libre et une conduite disposée dans ledit orifice et débouchant à l'intérieur de ladite enceinte, caractérisé en ce qu'il présente une fente fine, en communication avec l'intérieur de l'enceinte, délimitée, d'une part par une manchette libre de se dilater dont les bords sont respectivement reliés à la conduite qui prend appui sur ladite manchette, et à un fourreau recouvrant en partie la paroi interne de l'orifice depuis l'extérieur de l'enceinte, et d'autre part par un tube prolongeant ledit fourreau jusqu'à l'intérieur de l'enceinte et relié de façon étanche au bord libre de ladite tôle métallique d'étanchéité. 2. Dispositif de raccordement selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite fente a une largeur inférieure à une valeur de l'ordre de 3 mm. 3. Dispositif de raccordement selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite fente est reliée, par son extrémité non en communication avec l'intérieur de ladite enceinte, à une conduite d'alimentation. 4. Dispositif de raccordement selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite fente se prolonge, de façon sensiblement perpendiculaire audit orifice, par l'intermédiaire d'une collerette d'étanchéité relative disposée contre ladite tôle métallique 5. Dispositif de raccordement selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite collerette présente, dans sa partie située au-dessus de l'orifice, des évidements ménagés dans la paroi de la collerette en vis-à-vis de la tôle métallique d'étanchéité.