Brevet FR2438202A1 — publié le 19800430

L'invention concerne un amortisseur, immergé dans un fluide, autorisant les mouvements lents mais provoquant un blocage à ltencontre des mouvements rapides d'un dement mobile ou déformable immergé dans le fluide. Dans le cas des réacteurs nucléaires, on utilise des ensembles mécanosoudés immerges dans la piscine de stockage du combustible usé pour supporter les élements combustibles qu'on vient déposer dans la piscine, par exemple lors des rechargements du réacteur. I1 est nécessaire de maintenir ces ensembles mecano-soudés par rapport aux parois de la piscine en béton de façon que les deformations lentes de ces structures dues aux dilatations puissent se faire mais que les déplacements rapides dus par exemple à des causes sismiques soient limites. En effet ces déplacements rapides dus à des effets sismiques peuvent engendrer des phénomènes de résonnance entre la structure de stockage des éléments combustibles et les parois de la piscine lorsque leurs fréquences propres s'accordent. Le rôle du dispositif amortisseur, en cas de secousses sismiques, est donc de bloquer très rapidement les mouvements de la structure pour empêcher une augmentation très rapide des déformations pouvant conduire à des ruptures et à des destructions. On connaît des dispositifs de maintien de telles structures dans les piscines de réacteurs nucléaires qui comportent des bras de maintien rigides articulés, cependant ces dispositifs ne permettent pas d'absorber les efforts induits par les dilatations de la structure. On connaît également des dispositifs comportant des amortisseurs réglables à distance pourvus d'absorbeurs de choc mais ces dispositifs ne permettent pas non plus d'absorber des efforts induits par > ilatations, même si l'on prévoit la possibilité d'appliquer une précontrainte. On connaît enfin des dispositifs amortisseurs comportant un cylindre fixé sur la structure à maintenir ou sur les parois de la piscine et un piston plein en appui par son extrémité non engagée dans le cylindre, sur la paroi de la piscine ou la structure respectivement. On prévoit un jeu radial entre le piston et le cylindre ou un orifice de fuite dans le cylindre de façon que, lors des déplacements du piston plein, l'eau de la piscine qui remplit le cylindre de l'amortisseur soit évacuée dans la piscine, cette fuite par un orifice de petites dimensions créant un amortissement lors des mouvements relatifs de la structure par rapport à la paroi de la piscine. Lors des mouvements lents dus aux dilatations de la structure par rapport à la paroi, il se produit donc un déplacement du piston dans le cylindre à vitesse lente, si bien que la structure peut se dilater pratiquement librement et et qu'aucun effort n'est ainsi induit dans le dispositif d'amortissement. En cas de déplacement rapide de la structure par rapport à la paroi, l'amortisseur offre une résistance importante au mouvement, lors du déplacement du piston dans le cylindre. En cas d'ébranlements sismiques, à chaque alternance de la vibration, la structure exerce une action sur l'amortisseur intercalé entre cette structure et la paroi de la piscine, de façon que le piston rentre dans le cylindre, ce mouvement n'étant pas réversible. Au bout d'un certain temps, l'amplitude des déformations de la structure pourra devenir très grande car la course de l'amortisseur n'est pas limitée, si bien que le but assigné au dispositif n'est pas atteint. On connaît également d'autres dispositifs permettant à des mouvements lents de s'effectuer mais freinant énergiquement les mouvements rapides, cependant, dans tous ces dispositifs, la course de l'amortisseur n'est pas limitée, si bien que des mouvements conduisant à la déformation des structures peuvent se poursuivre. Le but de l'invention est donc de proposer un amortisseur immergé dans un fluide autorisant les mouvements lents mais provoquant un blocage à ltencon- tre des mouvements rapides d'un élément mobile ou déformable immergé dans le fluide, par rapport à un autre élément fixe et rigide, comprenant un cylindre en appui sur l'un des deux éléments, dirigé suivant une direction de déplacement possible de l'élément mobile et un piston, en appui par l'une de ses extrémités, sur l'autre élément, mobile dans le cylindre qui est rempli de fluide et comporte au moins une ouverture de fuite mettant la chambre du cylindre en communication avec le fluide dans lequel il baigne. Selon l'invention, le cylindre a une paroi épaisse de grande rigidité et le piston engagé dans le cylindre avec un léger jeu radial est creux et ouvert à son extrémité qui n'est pas en appui et possède une paroi cylindrique de faible épaisseur déformable radialement sous l'effet d'une pression telle que créée par un déplacement relatif rapide entre le cylindre et le piston, avec une amplitude de déformation élastique voisine du jeu radial entre le piston et le cylindre. On va maintenant décrire à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation d'un amortisseur suivant l'invention, en se référant aux figures jointes en annexe. La figure 1 représente une vue en coupe d'un amortisseur suivant l'invention utilisé dans la piscine d'un réacteur nucléaire pour le maintien de la structure de soutien des assemblages combustibles. La figure 2 représente une vue en perspective d'un ensemble d'amortisseurs en position autour de la structure de soutien dans la piscine de stockage du combustible usé. La figure 3 représente un premier mode de réalisation du piston de l'amortisseur dans une vue en coupe analogue à la figure 1. La figure 4 représente un deuxième mode de réalisation de ce piston, dans une vue identique à la figure 3. La figure 5 représente un troisième mode de réalisation du piston de l'amortisseur dans une vue analogue aux figures 3 et 4. On voit sur la figure 1, la paroi de béton 1 de la piscine sur laquelle est fixée la semelle 2 solidaire du piston 3 de l'amortisseur. L'ensemble de l'amortisseurest immergé sous le ùiveau 4 de la piscine et reste maintenu contre la paroi 1 de cette piscine par l'intermédiaire de la semelle 2 et du piston 3. L'amortisseur comporte à son extrémité opposée à la semelle 2, une pièce d'appui 6 solidaire d'un socle 7 lui-même solidaire du cylindre 8 de l'amortisseur. La pièce d'appui 6 est destinée à venir en contact avec la structure 9 immergée dans la piscine, dont on veut limiter les mouvements rapides, tout en permettant la dilatation libre de cette structure sous l'effet de différences de température. Le cylindre 8 comporte une paroi de forte épaisseur en acier inoxydable, par exemple une paroi de 40 mm, dans le cas d'un cylindre de 40 cm de diamètre. Ce cylindre massif n'est donc pas susceptible de se déformer même pour des pressions du fluide à l'intérieur de la chambre 10 limitée par la paroi épaisse, de forte importance. Le piston 3 comporte une paroi cylindrique de faible épaisseur, l'ex- trémité de ce piston 3 introduite dans le cylindre 8 et opposée à l'extrémité du piston fixé sur la semelle 2 étant ouverte de sorte que le même fluide occupe l'intérieur de la chambre 10 du cylindre 8 et l'intérieur du piston 3. Le piston 3 est engagé dans la chambre 10 du cylindre 8 avec un léger jeu radial de l'ordre de 1110 de mm. L'extrémité ouverte du piston 3 est réunie au fond du cylindre 8 par l'intermédiaire d'un ressort 12 qui permet d'une part de rendre le cylindre solidaire du piston tout en permettant des mouvements relatifs et d'autre part de repousser le cylindre 8 et donc la semelle 6 vers la paroi d'appui de la structure 9 lors de la mise en place de l'amortisseur. Des vis de purge 14 et 15 sont prévues sur le piston 3 et le cylindre 8 respectivement. Ces vis servent, pendant le montage à mettre en communication l'intérieur de la chambre du cylindre ou l'intérieur du piston avec la piscine indépendamment du jeu 16 subsistant entre le piston et le cylindre, afin d'évacuer les bulles d'air qui risquent de perturber le fonctionnement. Ces vis sont en suite fermées hermétiquement. La chambre 10 du cylindre 8 ainsi que l'intérieur du piston creux 3 sont remplis d'eau de la piscine qui peut, lors des mouvements relatifs du piston et du cylindre s'écouler par le jeu 16 ménagé entre le piton et le cylindre. Sur la figure 2, on a représenté de façon schématique une piscine 20 renfermant en son centre une structure 21 immergée dans l'eau 22 de la piscine. Quatre amortisseurs 23, 24, 25 et 26 ont été disposés entre chacune des parois de la piscine et chacune des faces correspondantes de la structure afin de maintenir cette structure tout en lui permettant de se dilater librement sous l'effet des différences de température. Lorsqu'une telle structure 21 subit une dilatation, chacun des amortisseurs 23, 24, 25 et 26 identique à l'amortisseur représenté à la figure 1 intercalé entre la structure et la paroi de la piscine sur laquelle il est fixé, est comprimé par le mouvement relatif à faible vitesse de la structure par rapport à la paroi. Pendant ce mouvement à faible vitesse, le piston entre lentement dans le cylindre, le ressort est comprimé et une certaine quantité d'eau est chassée depuis la chambre 10 du cylindre 8 vers la piscine par le jeu 16 ménagé entre le piston et le cylindre. Le mouvement du piston à l'intérieur du cylindre se faisant à faible vitesse, pratiquement aucune résistance n'est opposée à ce mouvement. La structure peut donc se dilater librement. En revanche, si la piscine 20 et la structure 21 qui y est disposée subissent un ébranlement sismique, des déplacements rapides et alternatifs de la structure par rapport aux parois de la piscine vont se produire à chacune des alternances du mouvement vibratoire subi par la structure et la piscine. Les amortisseurs intercalés entre la structure et les parois de la piscine vont donc subir des forces de compression qui vont produire un déplacement irréversible du piston dans le cylindre, de telle sorte que la longueur totale de l'amortisseur va diminuer. A chaque alternance, l'amplitude du mouvement de la structure va donc augmenter. Cependant, lors d'un déplacement rapide, le mouvement du piston avançant à l'intérieur de la chambre du cylindre très brusquement va produire une augmentation très rapide et très brutale de la pression du fluide se trouvant dans la chambre 10, si bien que l'intérieur du piston 3 va être soumis à cette pression importante qui va produire une dilatation radiale de la partie cylindrique de faible épaisseur de ce piston 3. L'épaisseur de cette paroi étant prévue pour que la déformation du piston sous une pression de cet ordre soit du même ordre que le jeu ménagé entre le cylindre et le piston, très rapidement le mouvement de l'amortisseur sera bloqué par expansion radiale du piston à l'intérieur du cylindre. Pour obtenir un blocage efficace, il est nécessaire que ce soit la partie antérieure du piston engagée dans le cylindre qui vienne en contact la première avec la paroi interne de la chambre du cylindre 8. Ainsi une différence de pression importante est établie entre l'extérieur du piston et l'intérieur, de telle sorte que le système de blocage reste stable. Afin de favoriser ce blocage par la partie antérieure du piston, on peut utiliser une des formes de piston représentée aux figures 3, 4 et 5. Sur la figure 3, par exemple, la partie antérieure 30 du piston est usinée de façon à réaliser une lèvre amincie dont la déformation sous l'effet de la pression est supérieure à la déformation du reste de la paroi de ce piston. Sur la figure 4, on voit une autre forme du piston 3 où la partie antérieure a été usinée suivant une surface conique laissant une lèvre amincie dans la partie antérieure du piston. Enfin à la figure 5, on voit un piston comportant des rainures de fuite 32 sur toute la partie arrière du piston, cependant que la partie antérieure de ce piston ne comporte pas de rainures de fuite. De cette façon lors de la déformation de la paroi du piston, le cylindre n'est plus soumis à la forte pression règnant dans la chambre 10, au niveau des rainures du piston 3, dès que la partie antérieure de ce piston est venue en contact avec la surface interne de la chambre 10 du cylindre 8. Les avantages de l'invention apparaissent donc clairement, puisque dans le cas d'une sollicitation sismique, le cylindre solidaire d'une semelle en appui sur la structure à maintenir reçoit un effort instantané proportionnel à la masse du composant maintenu et à l'accélération horizontale et qu'alors l'augmenta tion de pression dans le piston creux est importante et provoque la dilatation de ce piston, ce qui a pour effet de bloquer le piston dans le cylindre qui, à cause de sa rigidité, ne subit pas la même dilatation, pour la même élévation de pression. Le déplacement du piston dans le cylindre se trouve donc réduit à une valeur acceptable. Dans le cas d'un ensemble d'amortisseurs comme représenté à la figure 2, on peut effectuer le calcul du déplacement total de la structure afin de maintenir ce déplacement dans des limites raisonnables. Ce calcul permet de déterminer le jeu entre le piston et le cylindre et les caractéristiques de l'amortisseur nécessaires en fonction de la force du séisme envisagé, en tenant compte d'un certain facteur de sécurité. Comme les faibles déplacements des pistons avant leur blocage se cumulent pour chaque alternance, on calculera ces caractéristiques pour éviter les chocs à la suite d'un nombre d'alternances représentatif d'un séisme réel. I1 faut tenir compte également de s déplacements réversibles donc non cumulatifs dus à la compressibilité de l'eau dans le cylindre. En effet sous les très fortes pressions subies, l'eau renfermée dans le piston creux et la chambre du cylindre se comprime de sorte qu'il se produit un déplacement dont il faut tenir compte et qu'il convient de rendre le plus faible possible. Dans ce but, on réduit autant que possible le volume intérieur du cylindre pour réduire le volume d'eau soumis à cette compression. De façon générale, on déterminera les caractéristiques de l'amortisseur pour que le contact, lors d'un déplacement rapide, entre la surface externe du piston et la surface interne de la chambre du cylindre intervienne le plus rapidement et le plus près possible de la partie antérieure du piston. Ainsi, comme on l'a vu, la pression décroit rapidement sur la longueur commune au piston et au cylindre et on évite de dilater le cylindre qui n'est plus soumis à une pression intérieure importante sur toute cette zone. que On a vu en particulier/es modes de réalisation des figures 3, 4 et 5 permettaient de parvenir à ce résultat. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été décrits ; elle en comporte au contraire toutes les variantes. C'est ainsi qu'il est possible de remplacer le ressort 12 reliant le'piston au cylindre par un ensemble de rondelles déformables ou même qu'il est possible de supprimer purement et simplement ce ressort, dans le cas où le piston peut être fixé à la paroi résistant à la déformation comme représenté à la figure 1. Dans ce cas en effet s'il existe une longueur suffisante du piston engagée dans le cylindre, le guidage du piston par rapport au cylindre et la liaison de ces deux pièces sera suffisant sans envisager de ressort. A l'inverse, il peut être prévu une pièce permettant le centrage du piston danse cylindre à l'intérieur de la chambre du cylindre 8. Enfin, l'amortisseur qui vient d'être décrit utilisable pour maintenir des ensembles rigides de massegimportantes immergées dans un fluide par exemple des rateliers de stockage de combustibles nucléaires dans la piscine du réacteur peut avoir des applications qui ne se limitent pas à ce domaine. I1 est en effet possible de l'utiliser pour le maintien de tout composant immergé servant de support à des éléments fragiles pour lesquels on veut éviter des dommages lors de vibrations sismiques qui peuvent engendrer des déplacements importants par des phénomènes d'amplification dynamique tels que lalésonnance. REVENDICATIONS 1.- Amortisseur immergé dans un fluide autorisant les mouvements lents mais provoquant un blocage à l'encontre des mouvements rapides d'un élément mobile ou déformable immergé dans le fluide par rapport à un autre élément fixe et rigide, comprenant un cylindre en appui sur l'un des deux éléments, dirigé suivant une direction de déplacement possible de l'élément mobile et un piston en appui par l'une de ses extrémités sur l'autre élément, mobile dans le cylindre dont la chambre est remplie de fluide et comporte au moins une ouverture de fuite , caractérisé par le fait que le cylindre à une paroi épaisse de grande rigidité et que le piston, engagé dans le cylindre avec un léger jeu radial mettant la chambre du cylindre en communication avec le fluide dans lequel il baigne, est creux et ouvert à son extrémité qui n'est pas en appui et possède une paroi cylindrique de faible épaisseur déformable radialement sous l'effet d'une pression telle que créée par un déplacement relatif rapide entre le cylindre et le piston, avec une amplitude de déformation élastique voisine du jeu radial entre le piston et le cylindre. 2.- Amortisseur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'extrémité du piston qui n'est pas en appui, ou extrémité antérieure du piston, est reliée au cylindre par un moyen élastique. 3.- Amortisseur suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la partie antérieure du piston a une épaisseur de paroi plus faible que la partie arrière, si bien que la déformation radiale de cette partie antérieure est plus forte que la déformation radiale de la partie arrière sous l'effet d'une pression interne dans le piston. 4.- Amortisseur suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que la partie arrière du piston comporte sur sa surface externe des rainures longitudinales de fuite du fluide. 5.- Amortisseur suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé par le fait que le piston est solidaire de l'élément d'appui fixe et rigide cependant que le cylindre est relié à une surface d'appui pour la transmission de force entre l'élément mobile et l'amortisseur solidaire de l'élément d'appui lors des déplacements de cet élément mobile.