Brevet FR2341837A1 — publié le 19770916

La présente invention concerne un procédé de mesure de l'usure re des joints tournants de l'arbre d'une machine tournante, plus particulièrement destiné, à titre d'exemple, au contrôle des joints sur la pompe de circulation du circuit primaire d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, assurant la circulation de l'eau entre la cuve du réacteur et un générateur de vapeur. L'invention concerne également un dispositif permettant ces mesures. La pompe de circulation du circuit primaire d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, appelée généralement pompe primaire, constitue un élément essentiel d'un tel réacteur puisqu'elle assure le transfert des calories de la cuve du réacteur jusqu'au générateur de vapeur d'alimentation des turbines.En outre, dans les circuits primaires étanches, la pompe de circulation constitue le seul point pouvant présenter des risques de fuite, le long de 11 arbre reliant le rotor intérieur de la pompe proprement dite,situé à l'intérieur des circuits primaires, avec le groupe moteur extérieur à ces circuits. L'étanchéitd de la traversée de l'arbre de commande du rotor est donc réalisée avec un souci extrtmement poussé de sécurité, et la surveillance systématique de l'état des joints et de leur usure est au m8se titre un impératif de sécurité, en vue de prévenir toute éventuelle défaillance en service. Dans l'état actuel de la technique l'ensemble d'étanchéité de l'arbre d'une pompe primaire comporte généralement deux ou trois joints en série, avec un joint à film d'eau sous pression entre deux anneaux d'alumine et un ou deux joints à surfaces frottantes alumine sur graphite. l'ensemble comporte également des tuyauteries de récupération des fuites dont la mesure du débit permet le contrôle du fonctionnement des différents étages. Le joint principal à film d'eau avec débit de fuite relativement important, et qui absorbe au moins 80 4 de la chute de pression totale dans l'ensemble d'étanchéité, ne subit pas d'usure importante ; ce~sont surtout les deux autres étages à surfaces frottantes alumine-graphite qui doivent être vérifiés périodiquement. Actuellement la mesure de l'usure de ces deux joints ne peut se faite que par démontage de l'ensemble d'étanchéité. I1 s'agit là d'une opération longue et conteuse ; mais un tel démontage oblige surtout à accéder à des zones présentant des risques d'irradiation, ce qui implique des servitudes supplémentaires de sécurité. L'invention permet, à l'arrêt de la pompe, la mesure de l'usure depuis l'extérieur de la pompe et sans démontage des logements des Joints. Le procédé selon l'invention s'applique à une machine tournante dnnt le rotor est lié à un arbre traversant le corps de la machine, avec interposition d'au moins deux joints comportant chacun une glace flottante bloquée en rotation sur le corps de la machine et portant sur une glace tournante conjuguée liée à l'arbre tournant, le premier joint principal étant du type à film fluide à fuite contrô- lée vers le deuxième joint, avec un piquage sur le corps pour une tuyauterie de contrôle du débit de fuite. Selon l'invention après évacuation du fluide, on utilise le piquage de la tuyauterie de contrôle du débit de fuite pour une visée optique de mesure de distance entre deux repères tracés sur deux organes solidaires respectivement l'un de la glace flottante, l'autre de la glace tournante du deuxième joint. Selon l'invention également, le piquage de la tuyauterie est disposé face au deuxième joint et le dispositif comporte : - des repères tracés sur deux organes solidaires respectivement l'un de la glace flottante, l'autre de la glace tournante du deuxième joint, - un viseur optique mobile sur un support solidaire du corps de la machine, parallèlement à l'arbre, - des moyens de mesure du déplacement du viseur. l'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant à un mode de réalsation particulier donné à titre d'exem- ple et représenté gâr les dessins annexés. La figure 1 est un schéma simplifié du circuit de circulation primaire dans un réacteur nucléaire à eau sous pression, montrant en particulier la pompe primaire du circuit. La figure 2 représente, en demi-coupe axiale, la traversée du corps de pompe par 11 arbre d'entrainement du rotor, et la disposition de l'ensemble du groupe d'étanchéité. La figure 3 donne le détail de l'ensemble d'étanchéité de l'arbre. La figure 4 représente l'ensemble du viseur optique et de son support. En se référant tout d'abord à la figure 1 on verra que le groupe moto-pompe primaire 1 est interposé dans le circuit fermé de circulation d'eau sous pression, l'eau circulat entre la cuve du réacteur 2 où elle absorbe les calories produites, et l'échangeur générateur de vapeur 3 où elle cè-de les calories pour produire la vapeur utilisée ensuite de façon classique dans des groupes turbo-alternateurs non représentés ici. Le pressuriseur 4 malntient la pression convenable pour maintenir l'eau prlmaire à l'état liquide. un verra plus en détail aux figures 2 et 3 que le groupe moto-pompe, ici du type hélico-centrifuge, comporte un rotor 6 tournant dans la volute 7. Le rotor 6 est accouplé à un arbre d'entrai nement 8, lui-mtme accouplé à un moteur d'entrainement 9 (figure 1). la figure 2 ne représente, partiellement, que l'accouplement de l'arbre de pompe 8 à l'arbre moteur au moyen des brides Il, le moteur étant lui-même supporté par la volute de la pompe par l'intermédiaire du support 12. Ie groupe moto-pompe comporte trois paliers : deux paliers à huile dans le moteur et par conséquent non représentés ici, et un palier 15 lubrifié à liteau dans la pompe. On n'a pas représenté ici non plus le circuit d'injection d'eau froide, injectée au niveau du palier 15 pour le lubrifier et pour alimenter les joints à fuite contrôlée qui seront décrits plus loin. Un échangeur à seppentin 16, entre la roue 6 et le palier 15, et dans lequel circule de l'eau de réfrigération, constitue une barrière thermique entre l'eau du circuit primaire et l'eau de lubrification du palier. L'étanchéité est assurée par trois joints d'arbre placés en série et constituant l'ensemble d'étanchéité représenté en détail à la figure 3. Le joint 18 est placé juste au-dessus du palier 15 ; il est du type à film d'eau courante entre deux panneaux 19en alumine, l'écoulement se faisant de ltextérieur vers l'arbre 8. le débit normal de fuite est environ 1/3 du débit d'injection, les deux autres tiers s 'écoulant à travers la barrière thermique 16 vers le circuit primaire. Le débit de fuite du premier joint 18 s'écoule dans la chambre 21 vers un second joint 22 de conception classique à surfaces frottantes aluminium/graphite. En fonctionnement le débit de fuite est recueilli par la canalisation 23, raccordée par la bride 24 à une tuyauterie d'évacuation vers un appareil de mesure ; la mesure du débit de fuite permet de contrôler le fonctionnement des joints 18 et 22. Le débit de fuite du deuxième joint 22 s'écoule à son tour dans la chambre 26 vers un troisième joint 27, à surfaces frottantes alumine/graphite-et à faible débit de fuite, suffisant cependant pour lubrifier les surfaces en contact. Xn fonctionnement le débit de fuite est recueilli par la canalisation 28, raccordée par la bride 29 à une tuyauterie d'évacuation vers un nouvel appareil de mesure. la canalisation 28 est rectiligne et débouche dans la chambre 26 en face du plan de contact des surfaces frottantes. Celles-ci sont constituées par la salace tournante en alumine 30, solidaire de l'arbre 8 et par la glace flottante 31 portée par le support 32 libre verticalement et bloqué en rotation par les doigts 33. Le support 32 porte un repère 34 usiné tout autour de la eirconférence du support de la même façon la glaae tournante 30 porte un repère 35 usiné sur tout le pourtour extérieur. La canalisation 23 est rectiligne et débouche dans la chambre 21 en face du support flottant 37, mobile axialement et bloqué en rotation par les doigts 38 ; le support 37 porte la glace flottante 39 en graphite qul repose sur la glace tournante en alumine 40. Le support 37 porte un repère 41 usiné sur tout son pourtour extérieur. De la même façon la glace tournante 40 porte un repère 42 sur tout son pourtour. On se reportera maintenant à la figure 4 qui représente l'ensemble du viseur et de son support. le support comporte une plaque de base 45 qui peut être mise en place sur la bride 24 de la tuyauterie 23 après démontage de la tuyauterie d'évacuation du débit de fuite s'écoulant par la tuyauterie 23. La plaque 45 comporte un orifice 46 dans l'axe de la tuyauterie 23 et un second orifice 47 dans l'axe de la tuyauterie 28 lorsque l'ensemble est fixé sur la bride 24. Une plaque-guide 49 est articulée en 50 sur la plaque 45 de façon à permettre un léger réglage angulaire par rapport à la plaque 45, en utilisant la vis-poussoir de réglage 51 et la vis de blocage 52. la plaque-guide 49 comporte des glissières non représentées sur ledessin simplifié, et qui servent de guides à un déplacement vertical d'un support de viseur 53 par rapport à la plaque 49. le mouvement relatif est obtenu par action sur une vis micrométrique 55 qui commande le déplacement d'un écrou 56 solidaire du support 53. Un viseur optique 58 est bloqué dans le collier 59 porté par le support 53 de façon à être dans itaxe de l'orifice 60 du support 53. La lunette de visée 58 comporte un dispositif frontal d'éclairage axial incorporé de type usuel et non représenté sur le dessin. Lors d'un arrêt du réacteur, le circuit primaire étant vide, ainsi que ltensemble d'étanchéité, on peut mesurer l'usure des joints 22 et 27 en débranchant simplement les tuyauteries d'évacuation des fuites et en fixant le support de viseur sur la bride 24. On amènera alors successivement la lunette 58 face aux canalisations 28 et 23 par manoeuvre de la vis 55. Une première mesure, à travers la canalisation 2E, et en déplaçant l'axe de visée de la lunette successivement face au repère 34 puis face au repère 35 donne, par lecture de la vis micrométrique 55 la distance entre les deux renè- res.Par comparaison avec l'état initial ou avec le résultat de la précédente mesure, il est facile d'estimer et de vérifier la progression linéaire de l'usure et par extra5Lation, d'apprécier le moment où le remplacement du joint s'avérera nécessaire. On procédera de même dans une deuxième phase, à travers la canalisation 23, pour mesurer la distance entre les repères 41 et 42 et apprécier l'usure du joint 22. On pourra même le plus souvent, compte tenu du fait que l'usure concerne surtout la glace en graphite, simplement mesurer la distance entre les repères 35 et 41. On voit qu'on aura ainsi pu mesurer l'usure des joints 22 et 27 sans avoir à les démonter, et par une mesure externe, totalement à l'abri des risques de contamination. Bien entendu l'invention ntest pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre d'exemple, mais elle couvre aussi les réalisations qui n'en différeraient que par des détails, par des variantes d'exécution ou l'utilisation de moyens équivalents. 3EiICAimION 1.- Procédé de mesure de l'usure de joints tournants sur une machine tournante dont le rotor est lié à un arbre traversant le corps de la machine, avec interposition d'au moins deux joints comportant chacun une glace flottante bloquée en rotation sur le corps de la machine et portant sur une glace tournante conjuguée liée à l'arbre tournant, le premier joint principal étant du type à film fluide à fuite contrôlée vers le deuxième joint, avec un piquage sur le corps pour une tuyauterie de contrôle du débit de fuite, caractérisé par le fait que à l'arrbet, après évacuation du fluide, on utilise le piquage de la tuyauterie de contrtle du débit de fuite pour une visée optique de mesure de distance entre deux repères tracés sur deux organes solidaires respectivement l'un de la glace flottante, l'autre de la glace tournante du deuxième joint. 2.- Procédé selon revendication 1, dans le cas d'une machine dont 11 arbre comporte un troisième joint destiné à limiter le débit de fuite du deuxième, avec un deuxième piquage pour une tuyauterie de mesure du débit de fuite du deuxième joint, caractérisé par le fait qu'aprés une première visée optique de me- sure de distance entre les deux repères d'un joint,on mesure par une visée optique à travers l'autre piquage, la distance entre un repère lié à la glace flottante de l'un des joints et un repère lié à la glace tournante de l'autre joint. 3.- Dispositif de mesure de l'usure de joints tournants, sur une machine tournante dont le rotor est lié à un arbre traversant le corps de la machine, avec interposition d'au moins deux joints comportant chacun une glace flottante bloquée en rotation sur le corps de la machine et portant sur une glace tournante conjuguée liée à l'arbre tournant, le premier joint principal étant du type à film fluide à fuite contrôlée vers le deuxième joint, avec un piquage sur le ccrps pour une tuyauterie de contrôle du débit de fuite, caractérisé par le falot que le pique de la tuyauterie est disposé face au deuxième joint et par le fait que le dispositif comporte - des repères tracés sur deux organes solidaires respectivement l'un de la glace tournante, l'autre de la glace tournante du deuxième joint, - un viseur visas optique mobile sur un support solidaire du corps de la machine, parallèlement à l'arbre, - des moyens de mesure du déplacement du viseur sur son support. 4.- Dispositif de mesure selon revendication , dans le cas d'une machine dont ltarbre comporte un troisième joint destiné à limiter le débit de fuite du deuxième, avec un deuxième piquage pour une tuyauterie de mesure du débit de fuite du deuxième joint, caractérisé par le fait que chaque piquage est disposé face à un joint et la course du viseur sur son support est suffisante pour amener le viseur successivement face à chaque piquage.