Brevet FR2328188A1 — publié le 19770513

La présente invention se rapporte à un dispositif de vérifica- tion et d'essai du fonctionnement d'un clapet d'arrêt et elle concerne plus particulièrement bien que non exclusivement un tel dispositif destiné à être utilisé pour déplacer sélectivement l'obturateur d'un clapet d'arrêt dans une canalisation d'eau d'alimentation, notamment pour centrale nucléaire. On a utilisé jusqu'à présent des clapets d'arr & analogues à celui décrit dans le Brevet des Etats-Unis 2.665.877, du côté refoulement de pompes à eau d'alimentation d'installations d'énergie nucléaire, pour empocher un écoulement inverse de se produire dans une pompe à l'arrêt comme cela peut se produire lorsque d'autres pompes doivent étre actionnées dans l'installation. le clapet d'arrêt est ouvert par l'écoulement normal provenant de la pompe, et se ferme lorsque cet écoulement cesse. Lors de la cessation de l'écoulement normal, la gravité agit sur le disque obturateur pour le faire descendre dans le courant d'eau d'alimentation tout écoulement en sens inverse provoquant alors l'application complète du disque sur son siège.Un clapet automatique fonctionnant de lui-même est souhaitable, chaque fois que cela est possible, dans une installation d'eau d'alimentation d'une centrale d'énergie nucléaire, étant donné que ce clapet est incorporé et qu'il ne nécessite pas de pénétration dans la zone de pression. Ceci diminue les risques de fuite, et supprime le besoin d'une garniture pouvant être nécessaire pour un clapet actionné de l'extérieur. Comme on l'a décrit dans les breveta des Etats Unis na2.665.817, et 2.688.980 une canalisation de compensation est utilisée dans le circuit d'eau d'alimentation en vue d'assurer que le clapet est complètement retiré du trajet d'écoulement de décharge de la pompe en cours de fonctionnement de cette derhière. Plus précisément la canalisation de compensation communique avec le côté aval du clapet où ce dernier est soumis à une pression plus basse que celle agissant sur le disque du clapet en raison du fait que la pression du fluide tombe dans la canalisation. l'autre extrémité de la canalisation de compensation communiquant avec la zone située au-dessus du clapet, la pression différentielle qui en résulte et qui agit sur le clapet, surmonte l'action de la pesanteur s'exerçant sur ce dernier et provoque son r6trait coiiirlet livra du trajet t1'écou1eent lorsque le débit est normal. Etant donné que l'on demande de plus en plus la sécurité et la fiabilité de tous les éléments des circuits des installations d'énergie nucléaire, on a examiné l'effet d'une rupture instantanée et complète de la tuyauterie d'eau d'alimentation entre la pompe et le clapet d'arret. Une analyse mathématique utilisant des méthodes analytiques et d'études reconnues, montre qu'un clapet d'arrêt analogue à celui décrit dans le brevet des Btats-Unis nQ2.665.877, ne fonctionnerait pas de façon satisfaisante dans un cas aussi critique. Pour le besoin de cette analyse on a supposé que le circuit d'eau d'alimentation contenait de l'eau sous une pression de 88 kg/cm à une température de 215qu., avec un débit d'environ 40m3/min.avant que la rupture devienne imminente. Ce débit a été déterminé comme étant égal à environ 7 mètres par seconde à travers une canalisation d'un diamètre intérieur de 39 centimètres, dans laquelle un clapet d'ar rêt de 45 centimètres serait utilisé.Le clapet servant à l'analyse était néanmoins quelque peut différent du clapet décrit dans le brevet des Etats-Unis nn2.665.877 en ce qu'il comportait une chambre d'actionnement orientée suivant un angle de 45 degrés (comme on le verra dans le mode de réalisation préféré de l'invention, représenté sur la Pig. 1) par rapport à la canalisation d'eau d'alimentation dans laquelle il était monté. Les calculs ont tenu compte d'éléments tels que le fait que l'eau pouvait se transformer progressivement 2 en vapeur saturée sous une pression d'environ 21 kg/cm après la rup- ture et, d'une façon générale, ces calculs sse basaient sur les paramitres les plus favorables pour le fonctionnement du clapet. Cependant, on a encore constaté qu'il en résulterait une force d'impact excessive du clapet sur son siège ainsi que des pointes de pression excessives de "coup de bélier". Plus précisément le clapet de l'analyse précitée provoquerait une déformation plastique importante du siège à la suite d'une vitesse d'application du clapet sur son siège de 27 m/s et d'une pointe de pression dans la canalisation 2 2 d'eau d'alimentation dépassant 70 kg/cm et s'ajoutant aux 88 kg/cm2 de la pression de l'eau d'alimentation, en fonctionnement.Le siège chanfreiné du clapet pourrait par exemple subir une déformation plastique axiale pouvant atteindre 6,35 mm qui emp8cherait une fermeture étanche satisfaisante après la rupture. la pointe de pression excessive pourrait avoir un effet nuisible sur n'importe lesquels des élé- ments du circuit et, par exemple, entraîner une surcharge des supports de canalisation et la rupture de ces derniers Pour éliminer ces problèmes, on utilise un clapet d'arrêt perfectionné comme décrit dans la demande de brevet française déposée ce jour par la demanderesse pour "clapet d'arrêt amortisseur, notamment pour conduite d'eau d'alimentation pour centrale nucléaire". le clapet d'arrêt décrit dans cette demande comprend un dispositif interne a'amortissement permettant de commander efficacement la fermeture lors d'une rupture instantanée complète comme on lta mentionné ci-dessus. Néanmoins avec la mise au point d'un tel clapet, il devient évident qu'un dispositif est nécessaire pour vérifier au besoin que ce clapet reste libre de fonctionner. Un essai périodique de vérification du fonctionnement du clapet en le déplaçant pet partir de sa position d'ouverture sans qu'il soit nécessaire d'interrompre l'écoulement d'eau d'alimentation à travers le clapet, assure également que celui-ci ne présente aucune tendance i coller ou à se coincer au cours de périodes prolongées de fonctionnement continu de la pompe. L'invention a en conséquence pour but de fournir un dispositif de vérification et d'essai de fonctionnement d'un clapet d'arrêt dans un circuit d'eau d1alimentation. L'invention a également pour but de fournir un tel dispositif qui puisse fonctionner sans pénétration du circuit d'eau d'alimentation, et pouvant fonctionner de façon sélective à distance. L'invention a pour objet à cet effet un dispositif de vérification et d'essai de la liberté de fonctionnement d'un clapet d'arrêt d'un circuit de liquide, comportant un disque obturateur pouvant se déplacer longitudinalement dans ce circuit entre une position d'ou- verture désirée et une position de fermeture. le disque est sou à un certain nombre de forces qui agissent sur lui au cours de ltécou- lement normal du liquide à travers le clapet et qui le maintiennent dans une position intermédiaire. Le dispositif de vérification et d'essai de la liberté de fonctionnement du clapet comprend un conduit de compensation ou d'égalisation qui fait communiquer une partie intérieure du clapet avec une zone éloignée du circuit du liquide afin de produire une force supplémentaire agissant sur le disque pour maintenir oe dernier dans la position d'ouverture désirée. Un robinet disposé dans la conduite de compensation ou d'égalisation peut Entre actionné pour assurer sélectivement une diminution de cette force supplémentaire afin de permettre au disque de se déplacer de la position d'ouverture désirée vers la position intermédiaire. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés sur lesquels - la Fig. 1 est une vue en coupe et en élévation latérale d'un clapet d'arrêt et du dispositif de vérification et d'essai de la liberté de fonctionnement du clapet, montrant celui-ci dans une position d'ouverture pour un fonctionnement normal de la pompe; - la Fig. 2 est une vue analogue à celle de la Fig. 1 dans laquelle le dispositif a agi pour provoquer le déplacement du disque obturateur du clape-P/d'arr8t dans sa position intermédiaire. Comme représenté sur les Pig. 1 et 2, un clapet d'arrêt 10 comprend une conduite d'entrée 12 et une conduite de sortie 14 pour permettre un écoulement à travers le clapet entre la partie inférieure gauche et la partie supérieure droite du dessin au cours du fonctionnement normal de la pompe. Une chambre 16 d'actionnement du clapet, est disposée suivant environ un angle de 450 par rapport aux conduites d'entrée et de sortie 12, 14, et comprend une paroi cylindrique 17 et un organe de fermeture d'extrémité 18 Etanchela chambre d'actionnement 16 comprend également un siège 19 sur lequel vient s'appliquer un disque obturateur 20 pour empêcher un écoulement en sens inverse de se produire à travers le clapet 10 lorsque la pompe (non représentée) est arrêtée ou lorsque la conduite d'amont est rompue comme on l'a indiqué ci-dessus.Une partie 23 de guidage du disque (représentée en traits mixtes) assure que le disque 20 reste centré sur le siège 19 au cours de la fermeture sans pour autant geler l'é- coulement à travers le clapet lorsque ce dernier est ouvert. En plus du disque 20, une partie 21 d'actionnement du clapet 10 comprend un organe cylindrique 22 s'étendant vers le haut à partir du disque 20 et un piston 24 fixé sur un prolongement 26, de l'organe cylindrique 22. Dans sa position d'ouverture représentée sur la Fig. 1, le clapet 10 fonctionne d'une façon analogue au clapet décrit dans le brevet des Etats-Unis n02.665.877 précité. Comme on l'a indiqué ci-des sus, le disque 20 se déplace de son siège 19 vers sa position d'ouverture sous l'ffet du refoulement de la pompe à eau d'alimentation entre la conduite d'entrée 12 et la conduite de sortie 14.Un tuyau de compensation 28 s'étend d'une partie supérieure 30 de la chambre 16 jusqu'à la conduite de sortie 14 pour que la pression en aval agisse sur la surface supérieure du piston 24. Etant donné que la pression dans la chambre supérieure 30 est inférieure à celle agissant sous le disque 20, la partie 21 active d'actionnement du clapet 10 restera en position d'ouverture complète au cours de l'écou- lement au débit prévu malgré l'action naturelle de la gravité qui tend à faire descendre le clapet dans le trajet d'écoulement. Cependant, à la suite d'un arrêt de la pompe ou d'une rupture de la conduite, comme on l'a décrit ci-dessus, un amortisseur interne 32 du clapet 1G, commande la vitesse de fermeture de celui-ci. Cet amortisseur est constitué par le piston 24, la paroi cylindrique 17, et une cloison 34 qui entourent l'organe cylindrique 22. La cloison 34 est fixée à l'intérieur de la chambre 16 pour permettre le déplacement relatif de l'organe cylindrique 22 à travers cette cloison lorsque la partie 21 d'actionnement se déplace entre les positions d'ouverture et de fermeture. Lorsque l'écoulement normal à travers le clapet 10 est interrompu, la masse de la partie 21 et d1au- tres forces agissant sur le disque 20, tendent à fermer le clapet. Cependant le déplacement par rapport à la cloison 34 rencontre une opposition résultant de la présence de liquide retenu entre la cloison 34 et le piston 24. Une partie de l'eau se trouvant à l'intérieur de l'amortisseur 32 du mode de réalisation préféré de la Fig. 1, s'échappe par un intervalle 35 de dimension prédéterminée, entre 1'organe cylindrique 22 et l'ouverture 36 de la cloison 34 à travers laquelle s'étend cet organe. En outre, l'eau peut s'échapper par un intervalle 37 de dimension prédéterminée entre la paroi cylindrique 17 et le piston 24, vers la chambre supérieure 30. Cet écoulement limité par le piston 24, et autour de l'organe cylindrique 22, ralentit le mouvement descendant de la partie 21 d'actionnement. L'amortisseur 32 peut continuer à opposer une résistance pendant toute la durée de la fermeture pour empêcher une détérioration du siège 19, ou des pointes de pression excessives méme dans le cas extrême a une rupture de conduite décrite ci-dessus. La dimension des intervalles 35 et 37 peut être réduite par construction afin d'd'assurer une vitesse de fermeture plus lente. Cependant il existe un point pour lequel un coincement mécanique des éléments est susceptible de se produire Si les intervalles sont trop faibles. l'écoulement par le piston 24 et l'organe cylindrique 22 pourrat entre en variante commandé pour obtenir un débit plus faible sans risquer ce type de coinçage mécanique, en ajoutant une bague d'étanchéité qui entoure le piston 24 pour assurer un contact coulissant avec la paroi latérale cylindrique 17 pendant tout le mouvement des cendant,-ainsi qu'une bague d'étanchéité montée dans la cloison 34 et entourant l'organe cylindrique 22( Ces bagues d'étanchéité ne sont pas néanmoins recommandées étant donné qu'elles sont coûteuses et qu'elles tendent à compliquer le montage et l'entretien, tout en introduisant dans le clapet des organes qui pourraient se rompre ou ne pas remplir leur fonction et accrottre ainsi la possibilité d'un collage ou d'un coincement du clapet dans sa position de fermeture ou sa position d'ouverture. Néanmoins, pour prévenir le coincement du clapet dans l'un ou l'autre des agencements que l'on peut utiliser pour déterminer la vitesse de fermeture, et pour vérifier que le disque 20 est libre de fonctionner chaque fois que cela est nécessaire il est prévu un dispositif de vérification et d'essai de la liberté de fonctionnement du clapet. Ce dispositif 40 comprend un conduit de compensation et d'égalisation et un robinet 42 prévu dans celle-ci. En se basant sur les particularités de pression différentielle précitées, on a déterminé qu'en isolant la pression de la tuyauterie de sortie 14 de la chambre supérieure 30, le disque 20, tel que représenté sur la Pig. 2, est soumis à un certain nombre de forces qui le font descendre jusqu'à une position intermédiaire au cours du fonctionnement normal de la pompe. Sans cette pression différentielle supplémentaire agissant sur la partie 21, les forces de gravité et l'effet de venturi agissant sur le disque20 alors que l'eau d'alimentation s'écoule à travers le clapet 10, tendent à faire descendre celuici en opposition à la force d'écoulement de l'eau engendré par la pompe, et provoquer le déplacement de la partie active 21 jusqu'à une position intermédiaire représentée sur la Pig. 2. Bien que la position d'ouverture de la Fig.1 soit celle que l'on désire pour assurer une moindre résistance du clapet à l'écoulement de liteau, la position intermédiaire représentée sur la Fig. 2 ne ge- ne pas d'une façon sensible le fonctionnement de la pompe pendant la courte durée d'utilisation du dispositif 40.Par conséquent, ce dispositif 40 suivant l'invention permet de déplacer la partie active 21 d'un clapet d'arrêt afin d'empêcher tout collage ou coincement du clapet, mais sans ganter de façon sensible le fonctionnement normal de la pompe et l'écoulement de l'eau. le dispositif 40 pourrait donc libérer la partie 21 si une tendance au coincement se manifestait au cours d'une période prolongée de fonctionnement de la pompe en plus de déterminer simplement qu'il n'existe pas de coinçage du clapet. le robinet 42 de sectionnement préféré correspond aux caractéristiques voulues pour une installation d'énergie nucléaire en ce que son fonctionnement ne nécessite pas la pénétration de la zone sous pression. Plus précisément, le robinet 42 est semblable à celui décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis Ne151,260 déposée le 20 février 1975, ce clapet comportant un disque 44 et une tige 45 d'actionnement venue de matière avec ce disque, qui sont situés à l'intérieur d'un corps 43, soumis à la pression de l'eau d'alimentation. Un ressort 47 agit sur la tige 45 pour éloigner le disque 44 de son siège 46 et pour maintenir le robinet 42 en position d'ouverture en cours de fonctmonnement normal.La tige 45 est appliquée vers le haut sur une membrane souple 48 dont L'étanchéité a été assurée par soudage. La membrane 48 est disposée entre la tige 45 et un arbre d'actionnement 50 qui est situé dans un chapeau 49 du clapet, dont la fermeture hermétique est également assurée par soudage et qui permet à la tige 45 et au disque 44 d'être déplacés à l'intérieur du corps 43 sans qu'il y ait nécessité de pénétrer dans la zone sous pression. lorsque le dispositif 40 est utilisé pour vérifier le fonctionnement du clapet 10, un mécanisme 52 électrique ou hydraulique peut btre mis en oeuvre à distance pour faire descendre l'arbre 50 contre la membrane 48 afin de fermer le robinet 42. Le mécanisme 52 permet au robinet 42 d'être mis en oeuvre sélectivement à distance à partir, par exemple d'un tableall de commande de circuit (non représenté) afin de supprimer l'influence du conduit 28 de manière que la partie active 21 du clapet 10 vienne occuper la position intermédiaire de la Fig. 2. Lorsqu'on met de nouveau en oeuvre le mécanisme 52 pour éloigner l'arbre 50 de la membrane 48, le ressort 47 agit sur la tige 45 pour rétablir la pression aval dans la chambre 30 et rappeler la partie active 21 dans sa position d'ouverture. Etant donné que l'on peut vérifier à distance le fonctionnement du clapet 10 il est également souhaitable de pouvoir indiquer h distance la position de ce clapet. Un indicateur 70 de position du clapet est prévu dans ce but. L'indicateur 70 comprend une tige 72 qui est fixée sur l'organe cylindrique 22 de la partie 21. La tige 72 de l'indicateur peut s'étendre vers le haut à travers une ouverture 74 du couvercle 18 d'extrémité. Une chambre 16 est montée au moyen de vis 77 sur le couvercle 18 au droit de l'ouverture 74. La chambre 76 peut résister à la pression régnant dans le circuit et est montée d'une façon étanche sur le couvercle 18 d'extrémité pour empocher toute fuite. Lorsque le clapet 10 est en position d'ouverture (Fig. 1) ou dans la position intermédiaire (Fig. 2), la tige 72 s'étend dans la chambre 76 sans qutil y ait pénétration de la zone sous pression ce qui correspond aux impératifs du circuit d'eau d'alimentation. La chambre 76 et la tige 72 sont de préférence réalisées en matière non ferreuse. Une bague 78 en matière ferreuse magnétique est fixée sur la tige 72. On peut en conséquence déterminer la position du clapet au moyen de deux interrupteurs électromagnétiques de proximité 80 et 82 montés au droit de la chambre 76. Dans la position d'ouverture la bague 78 est au droit de l'interrupteur 80 pour envoyer un signal électrique par un conducteur 81 jusqu'à un point éloigné.De meme lorsque le clapet 10 se trouve dans la position intermédiaire représentée sur la Fig. 2, la bague 78 se trouve au droit de l'interrupteur pour fournir une indication par un conducteur 83. On comprend, par exemple, qu'un voyant sur le tableau de commande à distance du circuit (non représenté) peut Entre excité pour fournir l'indication continue que le clapet 10 est en position d'ouverture. L'essai de fonctionnement du clapet 10 au moyen du dispositif 42 décrit ci-dessus ramène la partie 21 à la partie intermédiaire correspondant à l'alignement de la bague 78 avec l'interrupteur 82. En conséquence si le clapet est libre de fonctionner, le voyant "ouverture" s'*eint et le voyant "intermédiaire" s'allume et confirme le mouvement du clapet. les voyants peuvent également confirmer que la partie 21 a été rappelée à la position d'ouverture lorsque le robinet 40 est réouvert et que le déplacement temporaire du clapet 10 est activé. I1 est évident pour les techniciens que le dispositif 40 peut étre utilisé avec des clapets différents du clapet d'arrêt 1C. Si 1'on désire vérifier le fonctionnement d'un clapet de retenue simplifié de la technique antérieure, pour s'assurer qu'il fonctionne: librement, le dispositif 40 peut étre utilisé. En outre, ce dispositif 40 peut autre utilisé pour un clapet de retenue d'un type différent de celui représenté ci-dessus. I1 peut par exemple s'agir d'un clapet de retenue qui se ferme à l'encontre des forces de gravité qu'il subit mais avec l'aide d'un ressort.Un conduit de compensation ou d'égalisation peut fournir une force supplémentaire agissant sur la partie d'actionnement et qui serait engendrée d'une manière différente de celle décrite ci-dessus mais qui néanmoins l'amènerait à une position d'ouverture désirée. L'actionnement sélectif d'un robinet de sectionnement situé dans la canalisation de compensation supprimerait effectivement cette force supplémentaire afin de provoquer le déplacement de la partie active et de vérifier ainsi que le clapet peut fonctionner librement, ou encore de s'opposer à son coincement. Il est également évident pour les techniciens que l'invention ddcrite ci-dessus peut aussi bien être appliquée à un clapet d'arrat et de retenue qu'au clapet décrit. Par exemple, étant donné que l'or- gane cylindrique 22 présente un intérieur 68 creux, on peut en supprimant l'indicateur de position 70, la tige 72 et une extrémité supérieure 88 de l'organe cylindrique 22, obtenir une configuration analogue à celle représentée dans le brevet des Etats-Unis n 2.665.877 précité. Le clapet de retenue et d'arrêt comporterait un arbre d'actionnement qui traverserait de façon étanche l'organe de fermeture 18 et s'vetzndrait à l'intérieur de l'organe cylindrique 22 pour agir sur la face arrière du disque 20. Pour obtenir une fermeture forcée du clapet, un mécanisme d'actionnement disposé au-dessus de ce clapet et à l'extérieur de la zone sous pression serait excité pour faire descendre l'arbre et amener ainsi le disque 20 à sa position de ferret'ire N4anmoSnB 1e retrait de l'arbre permettrait au disque 20 d'agir comme décrit ci-dessus de manière qu'il soit libre de s'ouvrir ou de se fermer, dans son fonctionnement normal, en tant que clapet de retenue. Dans ce cas, l'invention telle que décrite ci-dessus permet l'essai de la liberté du fonctionnement de l'organe d'actionnement. En conséquence, le terme "clapet d'arrAt" tel qu'il est utilisé doit être entendu comme désignant un clapet d'arrêt et de retenue du type décrit ou d'un type différent si la fonction d'arrêt n'est pas utilisée et que le clapet soit libre de fonctionner en tant que clapet de retenue. - REVENDICATIONS 1 - Dispositif de vérification et d'essai de la liberté de fonctionnement d'un clapet d'arrêt d'un circuit de liquide comportant un disque d'actionnement pouvant s'y déplacer longitudinalement entre une position d'ouverture désirée et une position de fermeture, ce disque étant soumis àun certain nombre de forces au cours de 1'écoulement normal du liquide à travers le clapet, qui l'amènent à occuper une position intermédiaire, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend un conduit de compensation ou d'équilibrage faisant communiquer une partie intérieure du clapet avec une zone éloignée du circuit de liquide pour produire une force supplémentaire appliquée sur le disque et maintenir ce dernier dans la position d'ouverture désirée, et un robinet monté dans ledit conduit pour réduire sélectivement ladite force supplémentaire afin de permettre au disque de se déplacer de la position d'ouverture vers ladite position intermédiaire. 2 - Dispositifs saivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite zone éloignée du circuit de liquide comprend une sortie dudit robinet qui se trouve à une pression plus faible que celle règnant à l'intérieur dudit clapet au-dessous du disque, ladite partie intérieure se trouvant au-dessus du disque, et une pression différentielle existant entre la pression du clapet et la pression plus faible produisant ladite force supplémentaire agissant sur le disque. 3 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un robinet de sectionnement actionné à distance assurant sélectivement la réduction de ladite force supplémentaire jus qu à une valeur nulle. 4 - Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le robinet de sectionnement comprend une partie itisolement qui se trouve entièrement à l'intérieur d'une zone sous pression du circuit d'eau d'alimentation. 5 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens qui indiquent si le disque se trouve dans ladite position d'ouverture désirée. 6 - Dispositif suivant la revendication 5 caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens qui indiquent si le disque se trouve dans ladite position intermédiaire.