Brevet FR2339939A1 — publié le 19770826

La présente inei'tion est relative à un dispositif d'étan- chéité de tubes de passade pour thermocouples conçu pour autre utilisé dans an réacteur. Les réacteurs nucléaires sont pourvus d'un système de contrôle destiné à fournir des indications sur l'état du noyau. a système comporte généralement une pluralité de dispositifs d'indi cation de température, tels que des thermocouples, qui sant disposés au voisinage immédiat de la sortie des logements d'ensembles combustibles choisis. Lcs fils de raccordement des thermocouples doivent cependant être amenés à l'extérieur du réacteur pour etre raccordes aux appareils de lecture électriques.Du fait que les réacteurs travaillent à haute pression, on doit prévoir un joint d'étanchéité autour deys thermocouples et plus partienlierement autour des tubes de protection, ou canalisation dans lesquels ils passent. Les thermocouples sont typiquement logés dans des cana listions métalliques s'étendant de l'intérieur du réacteur jusqu'au dispositif d'étanchéité et venant faire face à des tubes de passage métalliques prévus audit dispositif dtétanchéité. En outre, du fait que les thermocouples et les tubes de passage sont eYposés à la haute pression et au courant de réfrigérant à l'intérieur d'un réacteur, ils sont soumis à des vibrations qui, si on n'en tient pas compte suffisamment au dispositif d'étanchéi- té pauvent conduire à de l'usure et à des pannes. Le dispositif d'étanchéité doit donc tre conçu pour qu'il nty ait pas de vibrations excessives au- poiiits c'e jonction des canalisations et du dispositif d'étanchéité Anciennement, le dispositif d'étanchéité comprenait un bloc d'étanchéité percé de part en Saut, par des perforations afin de loger les tubes de passage.Une des extrémités des tubes Stait soudée par fusion au bloo et on procédait à un brasage à l'or, le long de la longueur restante de tubes à l'intérieur du bloc, habituellement sur dix centimètres. La soudure et la brasure étaient nécessaires pour former la barriere à la pression et la brasure le long du tube éliminait les vibratiors dans le dispositif, L'agencement tel qu'il vient d'être évoqué n'était pas toutefois sans problèmes ni soucis. Le brasage est une opération compliquée, coûteuse et qui prend du temps. Du fait qu'il y a normalement plusieurs tubes de passage dans un dispositif d'étant chéité, il n'existe aucune méthode pour vérifier le brasage et donner l'assurance qu'une brasure complète et correcte a été réa lisée.En outre, il a, ce qui dans l'industrie des réacteurs nucléaires revet une grande importance, les conditions d'essais qui doivent être remplies pour garantir la sûreté d'un système. Les normes et essais nucléaires, tels que ceux du ASE Boiler and Pressure Vessel Code, sont continuellement renforces et impcsent actuellement entre autres choses, pour un dispositif d'étanchéité, un essai hydrostatique. En particulier, du fait que l'on compte à la fois sur la soudure et sur la brasure pour obtenir l'intégri- té de structure, un essai hydrostatique de la soudure par fusion seule est requise.Toutefois, la soudure par fusion seule s.e pourrait pas satisfaire à l'essai hydrostatique avant le brasage, vu qu'elle ne pourrait, à elle seule, résister à la pression. Le but principal de la présente invention est donc de fournir un dispositif d'étanchéité qui, non seulement constitue une barrière a la pression pour les tubes de passage des thernocouples et élimine les problèmes ae vibration, mais oui également peut être essayé hydrostatiquement en concordance avec les soucis de sé curie et les normes de sécurité actuelles. La présente invention réside de ce fait n un dispositif d' étanchéité de tubes de passage pour thermocouples destine à un réacteur nucléaire ayant une pluralité de fils de raccordement de thermocouple traversant la paroi de réacteur, ledit dispositif comprenant une pluralité de tubes de passage cylindriques creux, chacun d'eux ayant des dimensions intérieures suffisantes pour lui permettre de recevoir à l'aise un desdits fils de raccordement de thermocouple et un bloc d'étanchéité traversé de part en part, par une pluralité de perforations cylindriq-es, lesdites perforations étant chacune dimensionnée pour recevoir un desdits tubes de passage avec un certain jeu, et ayant lme extrémité inférieure et une extrémité supérieure, ladite extrémité supérieure ayant une partie élargie, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens anti-vibra- tions, chacun d'eux étant fixé à ladite extrémité supérieure dans une des cavités formées dans ledit bloc, par un ajustage à serrage par retrait préalable et disposé autour d'un desdits tubes de passage, de manière à été en contact avec lui par pression et chacun desdits tubes de passage-étant fixé sur'ledit bloc d'étanchéité par une soudure à ladite extrémité inférieure de chacun desdits tubes. Chacun des tubes de passage s'étend à l'intérieur d'une perforation cylilldrique à partir de ia soudure, à travers ladite perforation et au-delà du bloc d'étanchéité. A l'extrémité opposée de la perforation, le tube est fermement serré dans un moyen anti-vibration, tel qu'une virole, qui est bloquée dans une partie élargie prévue à l'extrémité de la perforation par un ajustage à serrage par retrait préalable. La virole dépasse la surface supérieure du bloc d'étanchéité et maintient le tube suffisamment fermement pour éviter les problèmes d'usure résultant des vibrations induites. Les thermocouples peuvent donc passer librement, dans une canalisation, de leur emplacement prévu dans le noyau jusqu'au bloc d'étanchéfté. Ils passent alors à travers la soudure et dans lc tube de passage maintenu fermement, pour atteindre un appareillage électrique de lectures Les thermocouples eux-mêmes, logés habituellement dans un gaine, sont scellés au-delà du bloc d' étanchéité par un joint du type "Conoseal" ou par d'autres types de 3oizt semblables à ceux utilisés anciennement. Le dispositif d'étanchéité suivant la présente invention fournit donc une intégrité structurelle et une barrière à la pression par la soudure. Il permet d'éliminer les problèmes de vibration du fait que les tubes sont fixés à une des extrémités du- dispositif par la soudure; et fermement maintenues à l'autre par la virole. En outre, la soudure peut, en tant que seule barrière à la pression, être facilement essayée et présentée pour rencontrer les exigences de pression hydrostatique. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui va suirre et aux dessins annexés Sua des dessins La figure 1 est une représentation simplifiée de la partie supérieure d'une cuve de réacteur nucléaire, La figure 2 est une vue en élévation, partiellement en coupe du dispositif d'étanchéité suivant l'inventioa:: La figure 3 est une vue en élévation fragmentaire d'une coupe à travers un tube de passage situé à l'lntérieur d'un dispositif d'étanchéité avant l'opération de soudage, La figure 4 est une vue, semblable à celle de > a figure 3, mais après Itopération de soudage et, La figure 5 est'une vue, semblable à celle de la figure 3, mais après usinage de la soudure et du tube. Considérons maintenant la-figure 1 où on a représenté une cuve de pression 10 de réacteur nucléaire et un couvercle 12 de cuve de pression maintenue en place par des boutons 14. Des rac- cords lb traversent le couser-le 12 et amènent à l'extérieur de la cuve des composants tels que des thermocouples 18, logés dans des canalisations de protection en métal 20. Les points chauds de raccordement des thermocouples (non représentés) sont exposés au courant de réfrigérant circulant dans le réacteur en un endroit situe juste au-dessus d'emplacements sélectionnés d'ensembles combustibles.Les canalisations de protection 20 entourent les fils de raccordement des thermocouples habituellement logés oans une gaine, du point de raccordement chaud jusqu'au dispositif d'étanchéité 24, en passant à travers la structure interne supérieure 22 du réacteur et le raccord 16. Le dispositif d'étanchéité 24 décrit en détaii ei-après, comporte des tubes 24 de passage qui sont situés en alignement ateç les canalisations 20 et dans lesquels passent les fils de raccordement des thermocouples. Le dispositif d'étanchéité 24 fonctionne également comme une barrière à la pression et assure ltetanehéité des tubes 26 vis à vis de la haute pression régnant dans le réacteur. Le dispositif d'étanchéité 24 est représenté plus clairemelit à la figure 2. Il comprend un bloc d'étanchéité 28, des moyens anti-vibrations, tels que des viroles 30, les tubes 26 et des soudures structurées 32. Telle que représentée, la section tiansversa- le du bloc d'étanchéité 28 est de préférence circulaire, bien que d'autres configurations géométriques puissent être envisagées. Le bloc d'étanchéité 28 est traversé de part en part, par des perforations 34, de préférence circulaires, dont les dimensions permettent l'introduction d'un tube 26. Les perforations 34 présentent une partie élargie 35 à l'extrémité supérieure 37 du bloc.La surface extérieure du bloc 28 peut comporter des surfaces d'étanchéi- té 36 contre lesquelles viennent s'appliquer le raccord 16 et des pieces de fixation telles qu'un. dispositif de serrage par boulons. On y trouve également une broche de positionnement 40 ou tout autre moyen de localisation de position semblable. La broche 40 assure une orientation correcte pour 1 l'accouplement du dispositif 24 et du raccord 16. Le bloc d'étanchéité 28 et la broche 40 sont de préférence en acier inoxydable. Chaque tube de passage 26 entoure un fil de raceordement 18 de thermocouple de l'extrémité d'entrée 42 du bloc jusqu'à un joint d'étanchéité 44 situé au-delà du dispositif 24 qui assure l étanchéité du fil de raccordement du thermocouple. Les tubes de passage 26 sont aussi de préférence en acier inoxydable. A l'extrémité supérieurè 37 du bloc 28, chacun des conduits de passage 26 est monté à serrage dans un-moyen anti-vibrations, tel qu'une virole 30. La virole 30 est, elle aussi, de préférence en acier inoxydable et est encastrée dans la partie élargie 36 de la perforation 34.Pour que 1' on puisse obtenir uue fixation sûre des viroles 30, chacune d'elles est introduite dans la partie élargie 35, avec un diamètre original recouvrant de 0,00 mm à 0,01 mm le diamètre de la partie élargie. Ce résultat peut êt-e obtenu e not- toyant d'abord les races en présence, en s'assurant qu'il nty a pas d'arêtes vives, de bavures ou de la poirssière pouvant gêner l'assemblage. La virole 30 est ensuite amenée à se contracter dans un milieu -réfrigéraiit, par exemple en étant plongée dans de l'azote liquide pendant environ quinze minutes.La virole 30 est ensuite retirée de l'azote liquide et déposée fermement dans la partie élargie 35. Lorsque toutes les viroles 30 sont mises en places et que le dispositif 24 a été ramené à la température ambiante, un tube de passage 26 est introduit à travers chaque virole 30. Les tubes sont insérés à travcrs les viroles 30 par pression. Le jeu diamétral maximum devant entre prévu entre les viroles 30 et les tubes de passage 26 est de 0,01 mm, tandis qu'un jeu diamétral marimum de 0,2 mm est prévu entre les tubes 26 et les perforations 34. Après l'-inservicn des tubes, on utilise. les soudures structurées 34 pour fixer et sceller chaque tube de passage 26 à l'ex- trémité d'entrée 42 du bloc d'étanchéité 28. La structure de soudure préférée montrée aux figures 3, 4 èt 5 qui représentent res pectivement -l'agencement avant soudure, après soudure et après usinage. Comme montré à la figure 3, -chaque perforation 34 comporte un alésage 46 et le tube de passage 26 est enfoncé de manière que son extrémité inférieure soit au niveau il fond de l'alésage 46 avant de procéder au soudage, ta figure 4 montre l'agencement après soudage, lequel comporte maintenant une section de renforce- ment 47.Par la suite, comme le montre la figure 5, la soudure 32 et le tube de passage 26 sont usinés pour réaliser une ouverture élargie 48, laquelle ouverture 48 donne l'assurance que le thermocouple 18 pénétrera dans le tube 26 et ne buttera pas contre la soudure 32 ou le bloc d'étanchéité 28; L'usinage réalise également une partie conique 50 pour éviter tout accrochage. La section de renforcement 47 est également usinée pour que llarête inférieure de la face 52 présente un arrondi pour éviter tout accrochage-ou toute usure. Le dispositif d'étanchéité 24 tel que décrit ci-avant pcrmet d'obtenir ia barrière à la pression nécessaire entre les tubes de passage 26 et le réacteur. Il permet également d'obtenir un agencement pouvant être testé hydrostatiquement en fonction des normes de sécurité. En outre, un examen approfondi des contraintes du dispositif 24 a démontré qu'il est compatible avec un environnement typique d'un réacteur à eau sous pression où 1'on truuve une pression de fonctionnement de 157,5 kg/cm2, une température de réfrigérant de 2900 C, une température ambiante extérieure de 500et des charges cycliques thermiques et mécaniques supposées modérées. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étanchéité de tubes de passage pour thermoccu- ples, destiné à un réacteur nucléaire ayant une pluralité de fils de raccodament de thermocouples traversant la paroi de réacteur, ledit dispositif comprenant une pluralité de tubes de passage cylindriques creux, chacun d' eux ayant une dimension intérieure calculée pour lui permettre de recevoir à l'a-se l'ur! desdits fils de raccordement de thermocouple et un bloc d'étanchéité ayant une pluralité de perforations cylindriques qui le traversent de part en vars, chacune desdîtes perforations étant dimensionnées pour leur permettre de recevoir un desdits tubes de passage avec un certain jeu ayant une extrémité inférieure et une extrémité supérieure, ladite extrémité supérieure ayant une partie. élargie, caractérisé en ce qu'il coraprend des moyens anti-vibrations , chacun dieux étant fixé à ladite extrémité supérieure dans une des cavités formées dans ledit bloc par un ajustage à serrage par retrait préalable desdits moyens anti-vibrations et disposé autour d'.un desdits tubes de passage, de manière a être en contact avec lui parpression et en ce que chacun desdits tubes de passage est fixé sur leidit bloc d'étanchéité par une soudure structurelle par fusion complète à ladite extrémité inférieure, lesdites soudures assurant une barrière à la pression à la dite extrémité inférieure de chacun desdits tubes. 2. Dispositif d'étanchéité suivant la revendication 1, carac télisé en ce que ledit moyen anti-vibrations est une virole n'é- tant que partiellement enfoncée dans ledit bloc, ladite partie enfoncée ayant une section transversale plus importante que l'autre partie de la virole dépassant ledit bloc. 3. Dispositif d'étanchéité suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le diamètre extérieur initial avant retrait des viroles est de 0,005 à 0,015 mm supérieur a celui des dites cavités et en ce que le jeu diamétral entre la surface intérieare des viroles et la surface extérieure des tubes de passage est au maximum de 0,01 mm. 4. Dispositif d'étanchéité suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le jeu entre la face circulaire intérieure des perforations cylindriques et la face circulaire extérieure desdits tubes de passage est au maximum de 0,2mm.