Brevet FR2308758A1 — publié le 19761119

La présente invention concerne un tirant amovible pour fixation raide, susceptible d'être pr-contraint, ainsi que des dispositifs de commande et de précontrqinte associs. Elle concerne plus particulièrement, parce que c'est en ce cas que son application semble devoir présenter le plus d'intérêt, mais non exclusivement, les tirants de fixation de couvercle sur des cuves soumises à des pressions internes et exigeant périodiquement des démontages et des remontages aussi rapides que possible, telles que les cuves de réacteurs de centrales nucléaires, ainsi que les dispositifs de commande de verrouillage et de précontrainte qui sont associés à ces tirants. Les dispositifs de fixation connus à ce jour sont constitués par des goujons filetés, implantés, chacun par une extrémité, dans un logement taraudé pratiqué dans la cuve, et dont l'autre extrémité, extérieure à la cuve, traverse le couvercle, et coopère par un filtage avec un écrou de façon à appliquer le couvercle contre la cuve.Ces parties de goujons, externes à la cuve, présentent l'inconvénient, lorsque 1 couvercle de la cuve a été enlevé, de gêner l'accès à cette dernière, ce qui rend inévitable une dépose de ces goujons. Entant donné que leur mise en place et leur dépose exigent l'utilisation d'un appareillage extrêmement complexe, encom brant, difficilement manoeuvrable à distance qui leur communique simultanément un mouvement de rotation et un effort de compensation de leur propre poids, afin d'éviter le grippage du filetage, la durée de ces opérations de mise en place ou de dépose est suffisamment longue pour exposer le Dersonnel à des taux dangereux d'irradiation, ce qui constitue l'un des inconvénients majeurs à l'utili station des systèmes de fixation connus à ce jour. Le problème à la base de l'invention est de concevoir un nouveau dispositif qui ne présente pas ces inconvénients, grtce à la mise en oeuvre de moyens permettant un serrouillage et un déver- rouillage efficaces et rapides d'un nouveau type de tirant à l'aide d'un dispositif de commande de verrouillage simple, compact et manoeuvrable à distance. La présente invention concerne par conséquent un tirant amovible, susceptible d'8tre précontraint, du type comprenant une partie cylindrique qui se place dans un alésage du couvercle et dont une première extrémité, comportant des moyens permettant sa préhension par un dispositif de précontrainte, est munie de moyens d'appui sur le couvercle, ledit tirant se caractérisant princi palement en ce que sa seconde extrémité se prolonge axialement par une pluralité de griffes identiques, constituées chacune d'une partie lisse capable de fléchir par déformation élastique, prolongée par une partie se plaçant dans un logement ménagé dans la cuve et munie d'au moins un redan agencé de façon à pouvoir coopérer avec au moins une gorge de forme complémentaire, située à cet effet dans le logement ménagé dans la cuve,et en ce que des moyens de verrouillage bloquent ces griffes en position de coopération pour empêcher le retrait du tirant et assurer la fixation du couvercle sur la cuve, Selon un mode préféré de réalisation du tirant selon l'invention, les redans des griffes sont situés sur la face externe de la partie des griffes se plaçant dans le logement et les griffes, rétractées radialement en position de repos, sont déployées radialement en position de coopération, sous l'action de moyens de verrouillage qui se déplaçent à l'intérieur de la partie cylindrique.. Selon l'invention, l'extrémité du tirant externe à la cuve comporte un moyen permettant sa préhension par un dispositif de nrécontrainte ainsi que des moyens d'appui du tirant sur le couvercle. Ces moyens, connu en soi, peuvent être constitués nar un ou plusieurs épaulements, filetages, gorges ou tout autre moyen équivalent, ou toute combinaison de ces différents moyens. le dispositif de précontrainte peut être tout dispositif usuel connu ou, de préférence, dans le cas d'application de l'invention aux cuves à pression interne telles que les cuves de réacteurs de centrales nucléaires, l'un des dispositifs de précontrainte selon l'invention qui seront décrits plus loin. Un mode de réalisation préféré du tirant amovible selon l'invention, de son dispositif de verrouillage et de déverrouillage, ainsi que de son dispositif de précontrainte, particulièrement destinés à être utilisés paur3a fraction des couvercles sur les cu ves de réacteurs de centrales nucléaires, sera à présent décrit à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins annexés dans lesquels La figure 1 représente, en coupe longitudinale suivant l'axe du tirant, un mode de realisation avantageux du tirant selon l'invention dont les griffes sont représentées en position rétractée ss La figure 2 correspond à la coupe suivant la ligne A - A du tirant de la figure 1 La figure 3 représente, suivant la même coupe que la figures, le tirant avec ses griffes déployées et verrouillées ta figure 4 correspond à la coupe suivant la ligne A - A du tirant de la figure 2 ; La figure 5 représente, en coupe longitudinale suivant l'axe d'un tirant, un mode de réalisation avantageux d'un ensemble selon l'invention incornorant un tirant, analogue à celui représenté par les figures 1 et 2, et équipé d'un dispositif de commande de verrouillage et d'un disnoPitii de Drficontrainte, le tirant représenti étant en position déverrouillée et n'étant pas précontraint ; La figure 6 correspond à la figure 2 ;; La figure 7 représente, selon la mime coupe que la figure 5, le même ensemble, dont le dirant apparat en position verrouillée en non pré contraint ; Ia figure 9 représente le meme ensemble selon l'invention, avec le tirant verrouillé et précontraint Les figures 8 et 10 correspondent à la figure 4. La figure 11 représente, en vue de dessus, l'assise en forme de couronne d'un dispositif de precontrainte selon l'invention,ainsi que les unités de précontrainte, en nombre égal au nombre de tirants, régulièrement disposées sur le périmètre de l'assise, et dont trois seulement ont été représentées dans un but de simplification ; et La figure t2 représente, en vue de dessus, un dispositif de précontrainte dont l'assise est constituée de quatre éléments en quart de couronne. La figure 1 représente la partie d'une cuve 10 de réacteur nucléaire, dans laquelle sont ménagés des logements cylindriques 12 dont la surface latérale présente un filetage 14. Ces logements 12 reçoivent chacun une douille de verrouillage 16, munie sur sa face externe d'un filnta-e cooperant avec le filetage 14 pour assurer la fixation de la douille t6 dans le logement 12, et présentant sur sa face interne, au moins une gorge 18 formant redan, destinée à coopérer avec les dents d'un élément qui sera décrit ci-après. il est évident que l'on pourrait, sans avoir recours aux douilles 16, pratiquer les gorges 18, dans la paroi latérale des logements 12 prévus dans la cuve 10. Sur la cuve 10 est disposé un couvercle 19 percé d'alésages 20 placés en regard des logements cylindriques 12 par des moyens appropriés ne faisant pas partie de l'invention. Dans chacun de ces alésages est placé un tirant 22 comprenant une partie tubulaire 24, une pluralité de griffes identiques 26 et une extrémité 28 réalisée sous forme d'un éliment femelle d'une fixation à batannette afin d'autoriser la préhension du tirant par un dispositif de Drécontrainte représenté sur les figures 5, 7 et 9. La face externe de l'extrqmité infériure des griffes 26 est munie de dents 32,de forme complémentaire des gorges 18 et constituant un redan. Les extrémités inférieures des griffes occupent, au repos, la position rétractée, et sont susceptibles de se déployer radialement vers l'extérieur par déformation élastique. Elles viennent se placer à l'intérieur de la douille 16, de telle sorte que leurs dents 32 soient en face des gorges 18 correspondantes. Les dents 32 des griffes 26 et les gorges 18 doivent avoir toute forme convenable pour qutil soit impossible d'effectuer le retrait du tirant 22 hors de la douille t6, une fois que les dents 32 se sont imbriquées dans les gorges 18 et ont été verrouillées en position par des moyens de verrouillage qui seront décrits par la suite. Selon un mode de réalisation préférentiel du tirant selon l'invention, les dents 32 ont un profil triangulaire, et ltenvelop- pe externe des extrémités inférieures des griffes 26 et des dents 32 est conique, ce qui a pour avantage d'assurer l'auto-centrage de l'extr'mitê du tirant 22, lors de son introduction dans le logement 12 de la cuve 10. De plus, il est avantageux que toute section de la griffe 26 au niveau d'un fond de redan 32, soit eroportionnelle au nombre de redans 32 situés entre ladite section et l'extrémité libre de la partie portant les redans. Il en sera de même pour la douille 16. De cette manière, les allongements résultant de la mise en charge tendent à être les mêmes entre chaque redan,et la charge est donc répartie également entre les redans. Dans la partie tubulaire 24 est placé un piston de verrouillage 34 solidaire par l'une de ses faces, d'une tige de commande 35 dont les déplacements commandent ceux du piston, et qui peut être, elle-même, reliée à un vérin de commande de verrouillage et déverrouillage, comme cela est représenté sur les figures 5, 7 et 9, pouvant être de tout type convenable connu. Par son autre face, le piston 34 est solidaire du corps cylindrique 36 d'une tige de verrouillage 38 se terminant par une tête cylindrique 40, ayant une section de diamètre inférieur à celui de la section du corps 36. le rétrécissement progressif du corps 36 à la tête 40 est de forme générale arrondie et constitue une came 42. Le passage de la position déverrouillée, telle que représentée par la figure 1, pour laquelle les dents 32 sont simplement placées en face des griffes correspondantes 26 sans coopérer avec elles, de façon que le tirant 22 puisse être retiré sans difficulté de son logement 12 comme de son alésage 20, à la position verrouillée, telle que représente par la figure 7, s'effectue par la manoeuvre du vérin de commande de verrouillage représenté sur les figures 5, 7 et 9, qui déplace la tige de commande 36 et le miston 34 vers la cuve 10, jusqu'à ce que l'extrémité de la tête 40 vienne en bute contre le fond du logement 12 percé dans la cuve (figure 3). Il va de soi que la butée limitant le déplacement du piston vers la cuve pourrait tout aussi bien être placée en un autre endroit, par exemple à l'intérieur de la partie cylindrique 24. Au cours de ce déplacement, la came 42 vient au contact du rétrécissement 30 de la face interne des griffes 26, puis déplace radialement et élastiquement celles-ci jusqutà provoquer le contact et la coopération des dents 32 avec les gorges 18. Le déplacement achevé, le corps 36 de la tige 38 occupe tout l'espace cylindrique libre délimité par les griffes et assure le verrouillage du tirant 22 dans la douille 16. Dans l'exemple décrit, les moyens d'appui sur le couvercle consistent en une cale à rotule 44, et un écrou 46 vissé sur une partie filetée 29 située sous l'extrémité 28, du tirant et appliquant la cale à rotule 44 sur le couvercle. Les cuves étant soumises à des pressions internes élevées, les tirants sont amenas à supporter des charges de traction importantes et il est très souhaitable qu'après fermeture du couvercle les tirants soient précontraints à des charges voisines des charges d'utilisation, de façon à éviter, d'une part les fuites éventuelles entre la cuve et le couvercle et, d'autre part, la fatigue des tirants résultant de variations de pression dans la cuve. Le tirant étant en place et verrouillé , il est alors possible de le pré contraindre au moyen de tout dispositif de précontrainte convenable connu ou, de préférence, dans cet exemple d'application aux cuves de réacteurs nucléaires, au moyen des dispositifs selon l'invention. Du fait de leur nombre, les tirants participant à la fixation d'un couvercle sur une cuve de réacteur nucléaire sont assez proches les uns des autres, ce qui a pour effet de limiter la surface disponible pour l'installation d'un dispositif de précontrainte au niveau de chaque tirant. Ceci impose le choix de tels dispositifs ayant de petites sections d'action. Compte tenu également des grandes charges que supportent les tirants en utilisation, il est nécessaire de monter à de très hautes pression, de l'ordre de 1 500 à 2000 bars, pour la mise en précontrainte. Les dispositifs hydrauliques multiplicateurs de pression, fonctionnant avec les fluides usuels et faisant partie des dispositifs de précontrainte connus, ne peuvent convenir. En effet, ces fluides étant peu visqueux, il se produirait, pour de telles pressions, des fuites au niveau des joints souples d'élastomère, dont ces dispositifs sont munis. Dans les dispositifs multiplicateurs de pression utilisés dans le cadre de l'invention, le fluide hydraulique usuel est remplacé par un matériau plus consistant, adapté aux exigences, tels que, par exemple, un matériau pulvérulent, mé- tnllique ou autre, un corps élastomère sous forme de pâte homogène, qpi se compoote sous pression comme un liquide très visqueux. Un dispositif de précontrainte selon l'invention, représenté sur les figures 5, 7, 9 et il ou 12 comprend pour chaque tirant un vérin hydraulique différentiel, recevant dans la chambre de plus grande section un fluide hydraulique usuel et assurant dans la chambre de plus petite section la mise en pression du matériau consistant,qui emplit cette chambre ainsi que celle d'un vérin moteur, dans lequel des pressionsde l'ordre de 3 000 bars peuvent être atteintes sans qu'il ne se produise de fuite, les joints utilisés pouvant être rigides et, par exemple, réalisés en matière plastique ou en métal. Ce dispositif de précontrainte peut être fixé au couvercle par tout moyen connu, dans le cas où il est destiné à demeurer constamment en place sur le couvercle, ou bien être amovible ou simplement posé et centré sur le couvercle. Le dispositif de précontrainte tel que représenté sur les figures 11 et 12 est constitué sous forme d'un assemblage sur une assise en forme de couronne 90 ou parties de couronne 92 d'unités de précontrainte 94 afin de pouvoir être solidarisé simultanément à tous les tirants. Le dispositif de précontrainte, représenté sur les figures 5, 7, 9, et 11 ou 12 comprend une assise 58 s'appuyant sur le couvercle 19 autour des moyens d'appui 44 et 46 des tirants 22 qur le couvercle 19, et supportant, pour chaque tirant, un ensemble multiplicateur de pression composé d'un vérin différentiel 48, dont la chanbre de plus grande section 50 est alimentée en fluide hydraulique usuel sous une pression d'environ 5CO bars par une conduite 60, et dont la chambre de plus faible section 52 est remplie du matériau consistant 54, et d'un vérin moteur 56 représenté dans cet exemple sous forme de vérin moteur à deux étages, sans nullemènt limiter l'invention à cette réalisation, les chambres du vérin moteur étant reliées à la chambre de petite section 52 du vérin différentiel 48 par des conduites contenant également le matériau consistant 54. En s'appuyant contre l'épaulement 68 d'une tige creuse 66, le piston 62, 64 du vérin moteur 56 entraîne cette tige creuse 66 en s'éloignant du couvercle 19. Comme moyen de préhension de l'extrémité supérieure du tirant 22 il est prévu à l'extrémité inférieure de la tige creuse, un élément mSle 70 complémentaire de l'élément femelle 28 de la fixation à baXonnette déjà décrite. Lorsque le fluide hydraulique est admis dans la chambre de plus grande section 50 du vérin différentiel 48 sous une pression de commande de précontrainte d'environ 500 bars, une pression su périeure, dans le rapport des sections des chambres du vérin différentiel 48, ost transmise par le matériau consistant 54 au piston 62, 64 du vérin moteur 56, ce qui provoque un déplacement de ce piston qui entraîne avec lui la tige creuse 66. les forces de tension exercées par le vérin moteur 56 sur la tige creuse 66 sont transmises au tirant 22 qui est allongé élastiquement.On procède alors au serrage de l'écrou 46, par exemple an commandant à distance la mise en fonctionnement d'un groupe moto-réducteur 82 fixé à l'assise58 et qui entraîne un pignon denté 84 coopérant, au travers d'une fenêtre 72 pratiquée dans l'assise 58 avec des dents formées sur la surface externe de l'écrou 46, la rotation du pignon 84 assurant le serrage ou le desserrage de l'écrou 46, selon le sens de rotation commandé au groupe moto-réducteur 82. Le tirant 22 étant précontraint, la pression de commande de précontrainte est reltchée et le dispositif de précontrainte est ramené au repos. le dispositif de commande de verrouillage, constitué d'un vérin à double effet, comprenant un manchon 74 qui entoure l'extrémité 76 de la tige 35 et disposé à l'intérieur de la tige creuse 66,est alimenté en fluide par les conduites 78et 80,Undts- positif par exemple composé de deux ergots 96, et d'un ressort 88 forme une pince qui vient saisir la tête de l'extrémité 96 en forme de champignon de la tige 76, en s'enclenchant automfttiquement lors- que le dispositif de Drécontrainte est placé sur le couvercle. Les ergots jouent le rôle de butée d'entrainement pour le vérin à double effet, lors du déverrouillage du tirant. Pour désolidariser la tige crus 66 du tirant 22, il suffit de provoquer une rotation convenable de la tige creuse 66. L'élé- ment mule 70 de la fixation à batonnette peut alors se retirer de l'élément femelle 28. Après avoir commandé l'ouverture de la pince par traction sur le cable 98, l'ensemble constitué du dispositif de précontrainte et du dispositif de commande de verrouillage peut être enlevé du couvercle. La pression de commande de précontrainte ainsi que la pression de commande de verrouillage et de déverrouillage seront respectivement appliquffes, à l'entrée de chacun des vérins différentiels et dans les chambres du vérin hydraulique à double effet, de façon simultan4e.afin d'obtenir le verrouillage et la mise en contrainte le plus rapidement possible. Il est également possible de procéder à ces différentes opérations dans un ordre quelconque prédéterminé. La fixation du couvercle 19 sur la cuve 10 au moyen de tirants 22 précontraints est alors assurée jusqu'au prochain démontage. Le desserrage de 11 écrou 46 ne peut s'effectuer qu'à la suite d'une nouvelle mise sous tension du tirant 22 à l'aide du dispositif de précontrainte préalablement replacé sur le couvercle 19. la précontrainte ayant été supprimée, le déverrouillage du tirant 22 ay moyen du vérin de commande de verrouillage à double effet, peut être provoqué par un déplacement du piston 34 vers le vérin de commande. Après le retrait du corps 36, puis de la came 42 de l'espace cylindrique défini par les griffes 26, ces dernières sont rappelées radialement par des forces élastiques en position de rétraction, comme représenté sur la figure 1. Le dispositif objet de l'invention peut être utilisé dans tous les cas où la fixation d'un couvercle sur une cuve, ainsi que la solidarisation de deux pièces entre elles ,doit tre assurée d'une façon précise, rapide et sûre. De plus, le groupe motoréducteur 82 et l'alimentation du vérin différentiel 48 et du vérin à double effet 74 peuvent être commandés à distance, ce qui est particulièrement intéressant dans le cas de la fixation de couvercle sur des cuves de réacteurs nucléaires. L'invention n'est pas limitée en ce qui concerne le tirant, à 1'exemple décrit. En effet, fait dgalement partie de l'invention, un tirant muni de griffes déployées au repos et rétractées en nosition verrouillée, un tirant dont les griffes seraient munies sur leur face interne de redans cooporant avec les germes d'un élément placé dans la partie centrale du logement recevant les griffes du tirant, de même qu'un dispositif de Drécontrainte qui se limiterait à un ensemble agissant sur un seul tirant à la fois. R E V . N D I C A ^ I O N S 1.- Tirant amovible nour fixation raphide, susceptible d'être précontraint, utilisé, psr exemple, pour la fixation de couvercle sur des cuves telles que les cuves de racteur nucléaire, ledit tirant comprenant une partie cylindrique qui se place dans un alésage du couvercle et dont une première extrémité, comportant des moyens permettant sa préhension par un dispositif de précontrainte, est munie de moyens d'appui sur le couvercle, caractérisé en ce que sa seconde extrémité se prolonge axialement par une pluralité de griffes identiques, constituées chacune d'une partie lisse capable de fléchir par déformation élastique, prolongée par une partie se plaçant dans un logement ménagé dans la cuve et munie d'au moins un redan agencé de façon à pouvoir coopérer avec au moins une gorge de forme complémentaire, située à cet effet dans le logement ménagé dans la cuve, et en ce que des moyens de verrouillage bloquent ces griffes en position de coopération pour empêcher le retrait du tirant et assurer la fixation du couvercle sur la cuve. 2.- Tirant selon la revendieation 1, caractérisz en ce qu'il comprend, en outre, une douille munie, d'une nart, de moyens assurant sa solidarisation à la cuve dans le logement, et d'autre part, d'au moins une gorge de nrofil complémentaire à celui du redan des griffes, et coopérant avec elles pour assurer la fixation du couvercle sur la cuve. 3.- Tirant selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les redans des griffes sont situes sur la face externe de la partie des riffes se plaçant dans le logement et en ce que les griffes, rétractées radialement en position de repos, sont- dé- ployées radialement en position de coopération, sous l'action de moyens de verrouillage qui se déplacent à l'intérieur de la partie cylindrique. 4.- Tirant selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesmoyens de verrouillage se déplaçant à l'intérieur de la partie cylindrique comprennent un piston de verrouillage solidaire, par sa face située vers les moyens d'appui sur le couvercle, d'une tige de commande, dont les déplacements commandent ceux du piston,et par l'autre face d'un corps cylindrique d'une tige de verrouillage comprenant également une texte cylindrique ayant un diamètre inférieur à celui du corps, le rétrécissement séparant le corps de la tette cons*itant une came, provoquant le déploiement radial et élastique des griffes, au cours du déplacement du piston de verrouil lage en dipertion de la cuve, le cornus cylindrique de la tipe de verrouillage vnat bloquer les griffes en position de coopération. 5.- Tirant selon l'une quelconque des revendications de 1 à 4, caractérisé en ce que les redans ont un profil triangulaire. 6.- mirant selon l'une quelconque des revendieations de 1 à 5, caractérisé en ce que l'enveloppe de la partie des griffes munie de redans est conique afin d'assurer l'auto-eentrage des griffes du tirant dans lo logement. 7.- virant selon l'une quelconque des revendications de 2 à 6, caract:risé en e que toute mention de la griffe ainsi que de la douille à fond du redan est nronortionnelle au nombre de redans situés entre ladite section et l'extrémité de la partie portant les redans, de sorte que des allongements résultant de la mise en charge tendent à être les mêmes entre chaque redan, afin que la charge soit également répartie entre les redans. 8.- Tirant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tige de commande est reliée à un vérin de comman- de de verrouillage, à double effet. 9.- Dispositif pour fixation rapide, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un tirant selon l'une quelconque des revendications précédentes et au moins un dispositif de précontrainte asso cive. 10.- Disnositif pour fixation rapide selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif de précontrainte associé comprend pour chaque tirant, un vérin différentiel et un vérin moteur qui agit sur les moyens de préhension prévus sur le tirant de façon à le mettre en tension, les chambres du vérin moteur ainsi que la chambre de plus petite section du vérin différentiel contenant un matériau consistent et le vérin diff-rentiel recevant dans sa chambre de plus grande station un fluide usuel. 11.- Dispositif nour fixation raide selon la revendication 10, caractérise en ce que le matériau consistant est un matériau pulvérulent. 12.- Disnositif pour fixation rapide selon la revendication 10, caractérisé en ce que le matériau consistant est un corps élastomère. 13.- Dispositif pour fixation rapide selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif de précontrainte comporte des moyens qui permettent de solidariser et de désolidariser l'ensemble constitué par le dispositif multiplicateur de pression et le dispositif de commande de verrouillage. 14.- Dispositif pour fixation rapide, selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que les vérins différentiels et les vérins moteurs associés aux différents tirants sont disposés sur une assise forme d'éléments de couronne ou d'une couronne complète de section en forme générale en U renversé, dont les faces latérales entourent les moyens d'appui des tirants sur le couvercle. 15.- Dispositif pour fixation rapide, selon la revendication 14, caractérisé en ce que ladite assise est solidaire de l'ensemble constitué par le dispositif multiplicateur de pression et le dispositif de commande de verrouillage et en ce qu'elle montée amovible ou posée centrée sur le couvercle. 16.- Dispositif pour fixation raide, selon l'une des revendirations 9 à 15, caractérisé en ce que lesdits moyens d'appui comprennent un écrou comportant sur sa périphérie extérieure uneindentation sur laquelle vient s'engrener un pignon entraîné en rotation par des moyens moteurs, lequel commande le serrage ou le desserrage dudit écrou. 17.- Dispositif pour fixation rapide, selon l'une des revendications 9 à 16, caractérisé en ce qu' aussi bien le multiplicateur de pression, que le vérin à double effet pour la commande du verrouillage, que le serrage ou le desserrage des moyens d'appui du tirant sur le couvercle, peuvent être commandés à distance.