Brevet FR2431169A1 — publié le 19800208

La présente invention concerne une base dtisolateur en céramique pour fixation sur une plaque-support, notamment pour traversée extérieure à haute tension d'un appareil blindé à isolement à l'hexafluorure de soufre, comportant un talon à face tronconique sur laquelle viennent appuyer des taquet de fixation par l'intermédiaire d'éléments d'appui en métal ductile ledit talon se raccordant à une surface externe cylindrique du fût de lt s31ateur par un arrondi On désire toutefois utiliser à l'heure actueIle des isolateur Se- diamètre de plus en plus grand et résistant à des pressions internes et à des contraintes mécaniques, notamment de flexion, de plus en plues élevées en particulier pour sorties de postes blindés.Cependant les épaisseurs de céramique admissibles restent limitées par la nécessité de maintenir des conditions acceptables pour les operations d'usinage et de cuisson. Les céramiques travaillant à la limite des contraintes admissibles, il devient très difficile d'assurer les fixations des isolateurs sur les ouvertures des plaques-support. La présente invention a pour but de résoudre cette difficulté, et de procurer un dispositif de fixation d'isolateurs en céramique de grand diamètre munis dtun talon tronconique et de taquets de fixation, et pouvant résister à des pressions internes et à des contraintes de flexion élevées. La base d'isolateur selon l'invention est caractérisée en ce que la pente de la face tronconique de son talon par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de l'isolateur est comprise entre 300 et 45 environ, en ce que le rayon de courbure de l'arrondi est compris entre 10 mm et 25 mm environ, et en ce que l'épaisseur des éléments d'appui en métal ductile est supérieure à 5 mm. Il répond en outre de preférence à au moins l'une des caractéristiques suivantes - La pente de la face tronconique du talon par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de l'isolateur est-d'environ 35 . - Le rayon de courbure de l'arrondi est d'environ 20 mm - Les éléments d'appui en métal ductile sont placés sur la face tronconique du talon de façon que la portée des taquets de fixation soit éloignée de 1 'arrondi. - Les éléments d'appui des taquets de fixation sont en aluminium recuit. - Le cercle inscrit dans le contour de la base est de rayon compris entre environ 0,9 et 1 fois l'épaisseur du fût. Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, un échantillon d'épreuve d'isolateur à talon selon l'inven tion, permettant de reproduire la répartition des contraintes dans des isolateurs réels sous l'effet d'une pression interne, et des résultats d'essais mécaniques sous l'effet, d'une part d'une pression interne, d'autre part de contraintes de flexion. La figure 1 représente l'échantillon d'épreuve en élévation avec demicoupe axiale. La figure ? représente l'installation d'essai à la flexion d'un isolateur La figure 3 représente à échelle agrandie le détail A de la figure 1, avec vue partielle d'-un taquet d'accrochage. La figure 4 représente deux contours possibles extrêmes de la base d'isolateur, correspondant à une vue agrandie du détail B de la figure 1. Dans la figure 1, le corps 1 de l'isolateur d'essai comporte une seule ailette 2 du type habituel Il est muni de talons 3 et 4 s'appuyant sur les plaques d'extrémité 5 et 6 en acier. Chacune de ces plaques est munie d'un joint torique d'étanchéité tel que 7 et d'un joint plat de repos 8 en aluminium recuit pour éviter une portée directe de la céramique sur l'acier. Le profil des talons comporte en partant de sa surface d'appui un chanfrein 9, une partie verticale parallèle à l'axe 10, une partie en pente 11, de préférence à 350, sur laquelle vient porter le taquet de fixation 30 par l'intermédiaire d'une plaquette intercalaire 31 (figure 3), et se raccordant par un arrondi 12 à une seconde partie verticale 13, suivie elle-même d'une autre partie verticale de plus faible diamètre 14. Le rayon de courbure de l'arrondi est d'environ 20 mm. Des essais comparatifs de montée en pression hydraulique avec des pentes de la partie 11 d'appui des taquets de fixation et des rayons de courbures de l'arrondi 12 différents ont montré qu'une pente de 400 ou 450 et un rayon de courbure de 20 mm donnaient la résistance la plus élevée. Ces essais se sont effectués en soumettant les échantillons d'épreuve de diamètre externe 880 mm et interne 750 mm, et de diamètre 960 mm au niveau des talons,à une pression hydraulique interne de 12 bars pendant 5 minutes, en relevant ensuite la pression à 17 bars pendant 5 minutes,(cette dernière pression correspondant à une force de 75 tonnes sur les talons), puis en augmentant la pression jusqu'à éclatement. Les résultats obtenus ont été les suivants 1er échantillon : talon de pente 300 ; rayon de l'arrondi meulé de 10 mm. La cote du talon étant au maximum de la tolérance, la portée de certains doigts des taquets se faisait dans l'arrondi. Pression de 12 bars pendant 5 minutes : bon Rupture à 16 bars en montant la pression 2ème échantillon : talon de pente 450, rayon de l'arrondi meulé de 20 mm. Pression de 12 bars pendant 5 minutes : bon Pression de 17 bars pendant 5 minutes : bon Rupture à 29 bars 3ème échantillon : talon de pente 300 ; rayon de l'arrondi meulé de 10 mm. Pression de 12 bars pendant 5 minutes : bon Pression de 17 bars pendant 5 minutes : bon Rupture à 28 bars. Bien que les résultats soient équivalents pour les 2ème et 3ème échantillons, on observe que celui avec un talon de pente 300 est plus sensible à des imperfections de montage (rupture à 16 bars lorsque les taquets portent dans l'arrondi pour le 1er échantillon). Des essais équivalents ont été effectués sur un lot de quatre pièces de diamètre intérieur 530 mm, de talon ae pente '400 et de rayon de courbure de l'arrondi meulé de 20 mm. Les quatre pièces ont résisté aux essais de pression de 12 bars pendant-5 minutes, puis 17 bars pendant 5 minutes. Deux des pièces ont éclaté à 30 bars, et 2 autres à 31,5 bars. L'essai de résistance à la flexion représenté en figure 2 a été effectué sur des isolateurs industriels 20 de hauteur li100 mm et de diamètre intérieur à la base 350 mm, fixés par leur talon 21 sur une plaque d'acier 22 bridée au sol par vingt cinq taquets 23 répartis régulièrement sur le pourtour du talon . La contrainte de flexion est exercée sur la tête 24 de l'isolateur par un vérin 25 tirant sur un câble 26 fixé sur la tête. Cette contrainte correspond en service aux efforts dus à la position inclinée des isolateurs ou à leurs connexions. Un capteur de la contrainte de traction 27 transmet l'enregistrement de celle-ci à un appareil de mesure 28. Les taquets portent sur le talon par l'intermédiaire de plaquettes en aluminium telles que celles représentées en figure 3. Les résultats des essais sont résumés dans le tableau ci-dessous NO de Pente du Rayon de courbure Contrainte de Position d'appui pièce talon de l'arrondi rupture des taquets de fixation 1 30C 4 mm 113 da N/cm2 Dans l'arrondi (position 32 de la figure 3) 2 2 300 7 mm 179 da N/cm2 Dans la partie conique du talon (position 30 de la figure 3) 3 300 2,25 mm 114 da N/cm2 Position 30 de la figure 3 4 300 7 mm 151 da N/cm2 Position 30 de la figure 3 5 300 7 mm 167 da N/cm2 Position 30 de la figure 3 6 400 8 mm 213 da N/cm2 Position 30 de la figure 3 7 40 15 mm 191 da N/cm2 Position 30 de la figure 3 Les isolateurs disponibles n'ont pas permis d'effectuer, sauf pour le 7e essai, des essais avec des rayons de courbure de l'arrondi assez élevés, notamment de 10 à 20 mm comme pour les essais de résistance à la pression interne, mais il semble que l'on obtiendrait des valeurs de la contrainte de rupture égales ou plus élevées que celles obtenues avec un rayon de 8 mm. Ces mesures de la contrainte de rupture à la flexion montrent que - pour une pente du talon de 300, un rayon de courbure de l'arrondi faible ou une portée des taquets de fixation trop près de l'arrondi donnent des résistances moyennes à la flexion (le et 3ème pièces). Avec un rayon de courbure plus grand et une bonne portée des taquets de fixation (sur la partie conique du talon), les résistances sont plus satisfaisantes (2ème, 3ème et 5ème pièces) pour une pente de l'arrondi de 40o, un rayon de courhure de l'arrondi plus elevé et une bonne portée des taquets de fixation, on obtient une résistance à la rupture par flexion excellente (6ème et 7e pièces). La figure 3 représente à échelle agrandie le détail A de la figure 1, avec le taquet de fixation. Le talon comporte la partie cylindrique 10, la partie tronconique 11, l'arrondi 12 et la partie cylindrique 13 de plus faible diamètre. La figure représente deux positions possibles d'un taquet de fixation en acier et de la plaquette intermédiaire en aluminium tendre, d'épaisseur au moins égale à 5 mm. La position 32 du doigt du taquet de fixation, à laquelle correspond la position 33 de la plaquette intermédiaire, est la moins favorable, car elle engendre une concentration des cor57-~wntes rs près de l'arrondi. La position 30 du doigt du taquet de fixation (position 31 de la plaquette) donne de meilleurs résultats.En outre, il convient que l'extrémité du doigt présente un rayon de courbure relativement grand, permettant une certaine articulation entre le taquet de fixation et la plaquette intermédiaire. De manière connue, le taquet est serré contre le talon par un écrou 34 vissé sur une tige filetée35, vissée par ailleurs dans un trou taraudé du pourtour de ltouverture sur laquelle est fixé l'isolateur, mais d'autres moyens de serrage peuvent être utilises. Dans la figure 4, le profil 40 entoure le cercle inscrit 41 de rayon R1 égal à 0,9 fois l'épaisseur du fût. Le profil 42 entoure le cercle inscrit 43 de rayon R2 égal à l'épaisseur du fût. Ces deux profils constituent les limites minimale et maximale des formes optimales du talon. Des mesures photoélasticimétriQues sur des sections de talons de pentes de la face tronconique 300, 380 et 450 et de rayon de courbure de l'arrondi de 5,10 et 20 mm, en résine biréfringente, soumis à une contrainte de flexion à la partie supérieure du fût, ont montré, - pour une pente de 300 et un rayon de l'arrondi de 5 mm, une forte concentration des contraintes au niveau de l'arrondi (3 franges colorées), - pour une pente de 380 et un rayon de l'arrondi de 10 mm, des contraintes encore importantes au niveau de l'arrondi (2 franges colorées) - pour une pente de 450 et un rayon de l'arrondi de 20 mm, des contraintes faibles tout le long de la pièce (une seule frange colorée). On peut également observer dans les trois cas une bonne répartition des contraintes d'appui du taquet de fixation, la contrainte étant cependant un peu plus importante pour une pente de 300. On comprendra que diverses modifications peuvent être apportées aux dispositifs de fixation qui ont été décrits en référence aux exemples sans sortir du cadre de l'invention, certains de leurs organes pouvant être remplacés par d'autres qui joueraient un rôle technique analogue. REVENDICATIONS 1/ Base d'isolateur en céramique pour fixation sur une plaque support, notamment pour traversée extérieure à haute tension d'un appareil blindé à isolement à l'hexafluorure de soufre, comportant un talon à face tronconique sur lequel viennent appuyer des taquets de fixation par l'intermédiaire d'éléments d'appui en métal ductile, ledit talon se raccordant à une surface externe cylindrique du fût de l'isolateur par un arrondi, caractérisée en ce que la pente de la face tronconique (11) du talon par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de l'isolateur est comprise entre 300 et 45 environ, en ce que le rayon de courbure de l'arrondi (12) est compris entre 10 mm et 25 mm environ, et en ce que l'épaisseur des éléments d'appui en métal ductile (30) est supérieure à 5 mm. 2/ Base d'isolateur selon la revendication 1, caractériséeen ce que la pente de la face tronconique du talon par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de l'isolateur est d'environ 35 . 3/ Base d'isolateur selon les revendications 1 ou 2, caractériséen ce que le rayon de courbure de l'arrondi est d'environ 20 mm. 4/ Base d'isolateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractériséeen ce que les éléments d'appui en métal ductile sont placés sur la face tronconique du talon de façon que la portée (31) des taquets de fixation soit éloignée de l'arrondi. 5/ Base d'isolateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisésen ce que les éléments d'appui des taquets de fixation sont en aluminium recuit. 6/ Base d'isolateur selon l'une des revendications 1 à 5, caractériséen ce que le cercle inscrit dans le contour de la base est de rayon compris entre environ 0,9 et 1 fois l'épaisseur du fût.