Brevet FR2494423A1 — publié le 19820521

BOUCHON DE REPARATION DE TUBE D'ECHANGEUR THERMIQUE, NOTAMMENT POUR UN GENERATEUR DE VAPEUR DE CENTRALE NUCLEAIRE A EAU SOUS PRESSION la présente invention concerne un bouchon de réparation de tube d'échangeur thermique, notamment pour un générateur de vapeur de centrale nucléaire à eau sous- pression. Un bouchon de réparation de ce genre est décrit par exemple dans le brevet de la République Fédérale Alle- mande DE-AS-22 63 143, notamment en regard de la figure 6. Ce bouchon est réalisé sous la forme d'un bouchon explosif. Avant sa mise en place, la surface du tube de chauffage correspondant du générateur de vapeur doit-être nettoyée et décapée pour obtenir ensuite, par la mise à feu de la char- ge explosive, une soudure métallurgique (soudure par explo- sion) impeccable entre la paroi du bouchon explosif et le tube de chauffage du générateur de vapeur. A cet effet, un nettoyage grossier (couche d'oxyde) dans le tube de chauf- fage correspondant est effectué au moyen d'une brosse à tuyau de condenseur (voir figure 4 DE-AS 22 63 143); en- suite, un nettoyage plus fin est effectué avec un bouchon nettoyant (voir figure 5 de ce brevet). Au lieu d'un bou- chon explosif, il est aussi possible d'utiliser un bouchon de fermeture en forme de manchon, dilatable mécaniquement ou hydrauliquement comme le décrit le brevet britannique GB-PS 12 58 369; là également se pose le problème du net- toyage de la surface intérieure du tube d'échangeur ther- mique dans la région de l'endroit à boucher. L'invention a donc pour objet de regrouper dans la mesure du possible les opérations préparatoires à la mise en place des bouchons de fermeture et par conséquent, de réduire la durée des travaux et les doses appliquées au personnel d'entretien. Elle doit en outre permettre de mieux répondre aux conditions de plus en plus sévères de protection contre le rayonnement. Selon l'invention, le résultat est obtenu par le fait que le bouchon de réparation comporte une partie de bouchon de fermeture et une partie de bouchon de net- toyage qui précède axialement son extrémité d'entrée, et que les deux parties de bouchon forment une unité consti- tuante de manière qu'après l'établissement de l'assemblage étanche, le bouchon de nettoyage reste dans le tube d'é- changeur thermique ainsi fermé. Parmi les avantages qu'ap- porte l'invention, il faut tout d'abord noter que mainte- nant, les deux opérations de nettoyage fin et de ferreture du tube sont regroupées en une seule opération. A la mise en place du bouchon de réparation, la partie de bouchon de nettoyage effectue le nettoyage fin dans la position de fer- meture, de sorte que - étant donné qu'immédiatement après la partie de bouchon de fermeture vient en engagement avec la surface nettoyée par déformation à froid - un assemblage étanche métallique impeccable est garanti entre la partie de bouchon de fermeture et le tuyau de chauffage du géné- rateur de vapeur. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront au cours de la description qui va suivre de deux exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 représente un premier mode de réali- sation d'un bouchon de réparation, partiellement en coupe longitudinale et partiellement en vue de c8té, avec une partie de bouchon explosif; La figure 2 représente une variante de réalisa- tion avec des anneaux métalliques élastiques au lieu des disques de feutre dans la partie de bouchon de nettoyage, partiellement en coupe et partiellement en vue de côté; La figure 3 représente en perspective une exé- cution fendue des anneaux métallique; La figure 4 représente un bouchon de réparation avec une partie de bouchon de fermeture qui consiste en une pièce en forme de manchon dilatable mécaniquement ou hydrauliquement La figure 5 représente le bouchon de réparation de la figure 4, un peut modifié, avec un dispositif de di- latation hydraulique; La figure 6 illustre une autre modification du bouchon de réparation de la figure 4 avec un dispositif de dilatation mécanique. Des bouchons de réparation tel que celui désigné par R sur la figure 1 servent à fermer des tubes d'échan- geurs thermiques qui sont devenus deffectueux au cours de leur utilisation, ce qui peut 9tre mis en évidence par une mesure de courants tourbillonaires. A cet effet, comme cela est expliqué en particulier dans le brevet de la Ré- publique Fédérale Allemande DE-AS 22 63 143, une sonde de contrôle d'écoulement tourbillonaire est introduite dans les tubes individuels d'échangeurs thermiques. Par une dé- formation du signal de la sonde, qui est visualisée par exemple sur l'écran d'un osciloscope, il est possible de déterminer si le tube en cours de contrôle comporte des petites fissures, des crevasses capillaires ou des manques d'étanchéité. Cela concerne particulièrement les tubes de chauffage des générateurs de vapeur des centrales nucléaires à eau sous pression qui doivent subir une recherche pério- dique des courants tourbillonaires. Mais en principe, cela peut s'appliquer de façon générale aux tubes d'échangeurs thermiques. Un tube défectueux doit être neutralisé afin que 1l! agent primaire ne traverse pas la paroi du tube de chauffage pour pénétrer dans la chambre secondaire du gé- nérateur de vapeur, et puisse ainsi passer dans le circuit secondaire. Pour fermer hermétiquement un tube de chauffage dont il a été déterminé qu'il était défectueux, il y a donc lieu d'utiliser le bouchon de réparation R représenté sur la figure 1 qui est constitué par une partie de bouchon explosif R 1 et une partie de bouchon de nettoyage R 2 qui précède axialement son extrémité d'entrée 1. Comme le montre la figure, les deux parties de bouchon Ri et R2 constituent une unité, de sorte qu'après que l'assemblage par explosion a été effectué., la partie de bouchon de nettoyage R2 reste dans le tube de chauffage ainsi fermé. La partie de bouchon explosif Rl comporte une cavité 2 et une paroi de fermeture 3. Une charge explosive et un déton- nateur (non représenté) sont placés dans la cavité et le cable de mise a feu est guidé vers l'extérieur, jusqu'à une position de commande, par un tuyau de poussée, avec lequel le bouchon de réparation R est transporté, par té- lécommande, au moyen d'un tuyau de transport jusqu'à l'em- bouchure du tube de chauffage correspondant. La mise en place du bouchon de réparation R "st effectuée au moyen d'un manipulateur, auquel cas après la mise en place du bouchon de réparation R, le bras articulé correspondant du manipulateur, avec le tuyau de transport et de poussée, est écarté de la région de l'onde de choc de l'explosion. La partie de bouchon de nettoyage R 2 est cons- tituée par une pile 40 de disques de feutre, comprenant 3 disques 4 de feutre, cette pile étant maintenue contre la surface avant la plane de la partie de bouchon explo- sif R 1 par une vis de serrage 5 qui traverse la pile en son centre. La vis de serrage 5 comporte une tête conique 5.1, dont le diamètre diminue dans la direction de l'en- trée, et dont la surface de base 5.2 a un diamètre un peu plus petit que celui des disques de feutre 4. Les disques de feutre 4 sont enfilés avec leur trou central 6 sur un manchon 7, et la tige 5.3 de la vis de serrage 5 est en- filée dans ce manchon 7 et elle est vissée par son file- tage 5.4 à son extrémité, dans un trou taraudé lb corres- pondant de l'extrémité d'entrée 1. Pour recevoir une clef à six pans, la surface d'etrémité 5a du côté d'entrée de la vis de serrage 5 peut être prévue avec un logement 5.5 correspondant de forme hexagonale. La forme conique de la tête 5.1 de la vis de serrage sert à centrer le bouchon de réparation R à son entrée dans le tube de chauffage correspondant, facilitant ainsi l'entrée. Les disques de feutre 4 ont un très bon effet de nettoyage; comme-cela a pu être constaté-, le fait que les disques de feutre restent dans le tube ne présente absolument aucun incon- vénient. Selon la figure 2, la pile 40' de disques de nettoyage consiste en deux anneaux métalliques 4' élas- tiques.Ces anneaux métalliques 4' sont disposés avec jeu sur un queue renforcée 5.3' de la vis de serrage 5', l'é- trêmité avant de la queue 5.3.' étant prévue avec un file- tage 5.6 de plus petit diamètre, destiné a être vissé dans la partie de bouchon explosif R 1. Entre la pile annulaire ' et la surface d'extrémité la est encore placée une rondelle 8 soutenant la pile 401, et dont le diamètre ex- térieur correspond a peu-près à celui de la tête 5.7, de sorte que les anneaux métalliques 4' peuvent être suppor- tés élastiquement entre la tête de vis 5.7 et la rondelle 8, avec une mobilité radiale limitée. A cet effet, est prévu d'abord un jeu.9 entre la périphérie intérieure des anneaux métalliques et la périphérie extérieure de la queue 5.3', et par ailleurs une distance a entre la tète de vis 5.7 et la rondelle 8. Cette distance a est dimen- sionnée de manière à laisser un petit jeu axial aux anneaux métalliques. Ces derniers sont élastiques, ce qui peut. être obtenu par des fentes correspondantes (non représen- tées sur la figure 2). Comme le montre schématiquement et en perspective la-figure 3, il est particulièrement avan- tageux que les anneaux métalliques 4' soient fendus à la manière des segments de piston, et que les fentes 10 d'an- neaux 4' voisins soient décalées l'une par rapport à 1' autre dans la direction circonférentielle. Il est bien évident également que plus de 2 segments, ou anneaux métal- liques peuvent être disposés sur la partie de bouchon de nettoyage. Cela est également vrai pour les disques de feutre du mode de réalisation de la figure 1. La rondelle 8 de la figure 2 peut aussi être utilisée dans le premier mode de réalisation non représen- té sur la figure 1. Par ailleurs, au lieu des anneaux métal- liques 4' de forme circulaire selon les figures 2,3, il est possible d'utiliser des anneaux en matière plastique, réaliséspar exemple sous la forme de segments râcleurs particulièrement dans des échangeurs thermiques fonctio- nant à de basses températures. La figure 4 est une coupe axiale de la partie de bouchon de nettoyage R2 de la figure 1, monté sur une pièce R 3 en forme de manchon, constittiat la partie de bouchon de fermeture, pouvant être dilatée hydrauliquement ou mécaniquement. le tube RO dans lequel le bouiohon de réparation R' doit être introduit est par exemple an tube d'échange thermique d'un générateur de vapeur d'une centra- le nucléaire, qui a subit une réduction de section dans la position 11, par une attaque corrosive par l'extérieur, de sorte qu'étant donné que la sonde d'un appareil de mesure de courants tourbillonaires a détecté ce défaut en ce qui concerne sa position et son étendue, le bouchon de répa- ration R' est introduit comme représenté de manière que la position du défaut puisse être isolée par 2 liaisons étanches, 12 a à l'étrémité du bouchon de nettoyage de la pièce R 3 et 12 b à l'étrêmité opposée, c'est à dire que s'il se produit une fuite à l'endroit du défaut 11, 1' agent primaire ne peut traverser de l'intérieur du tuyau RO vers le circuit secondaire (à l'extérieur du tube RO). La pièce R 3 est faite en acier résistant à la corrosion, Réformable à froid, par exemple l'alliage Inconel 603; elle comporte une tête 13 renforcée, de forme tronconique, sur laquelle est fixée la partie de bouchon de nettoyage R2 de la figure 1. la tête 13 peut 8tre formée sur la pièce R 3, c'est à dire amenée à dimension par tournage et éventuellement rectification. Mais la tête 13 peut aus- si être assemblée par soudage sur le reste de la pièce R 3. Dans la position 12 a est représenté un premier étage d'élargissement de la pièce R 3, dans lequel la paroi ex- térieurede cette pièce R 3 en forme de manchon est élargie dans sa région axiale ai de manière à s'appliquer contre la surface intérieure du tube RO. Dans la région axiale a2 du tube RO, la pièce R 3 est suffisamment dilatée pour qu'elle repousse vers l'extérieur la partie environnante du tube RO qui fait saillie sous la forme d'un bourrelet annulaire 12 b. L'étanchéité nécessaire de l'assemblage étanche entre la pièce R 3 et le tube R 0 est obtenue en premier lieu par ce second étage de déformation à froid. Le vide 14 résultant de la forme conique de la tête 13, entre cette dernière, la surface intérieure du tube RO et le disque de feutre 4 inférieur peut servir à recevoir les plus grosses particules d'impuretés enlevées par raclage. Tandis que la figure 4 montre que la partie de bouchon de nettoyage R 2 de la figure 1 et par conséquent, une partie semblable à celle de la figure 2, peut être de façon générale associée avec une pièce R 3 en forme de man- chon, qui peut être élargie mécaniquement ou hydraulique- ment pour effectuer la liaison étanche, les figures 5 et 6 montrent des dispositifs spéciaux d'élargissement, à savoir la figure 5 un dispositif hydraulique et la figure 6 un dis- positif mécanique. La figure 5 montre que la partie de bouchon de nettoyage R 2 est fixée sur la surface d'étrêmité R 3a correspondante de la partie de bouchon de fermeture, de même que selon la figure 4 et la partie de bouchon de fer- meture est désignée par R 31. Comparativement à celle de la figure 4, sa tête 13 est un peu plus courte, bien que également conique, en formant ainsi un vide 14. le dis- positif d'élargissement hydraulique correspondant est dési- gné globalement par V 1; il comporte un "mandrin" 15 percé, mobile dans la direction axiale du tube, avec une collerette 16 fixe dans la direction axiale dont la circonférence ex- térieur correspond exactement à la circonférence intérieure de la pièce R 31 en forme de manchon servant de partie de bouchon de fermeture, et une collerette 17, mobile axiale- ment sur le mandrin 15, étroitement ajustée également sur la tige du mandrin 15 et à l'intérieur de la pièce R 31. Entre les deux collerettes 16,17 est ainsi définie une chambre 18 sous pression hydraulique, dans laquelle débou- che le trou axial 19 par un petit perçage latéral 19 a. A l'intérieur de la chambre sous pression 18, et à chacune de ses deux extrémités est disposée sur la tige du mandrin une pièce d'étanchéité 20 qui entoure de façon étanche la tige du mandrin et qui s'applique également de façon étanche sur la surface intérieure de la pièce R 31, l'ef- fet d'étanchéité augmentant avec la pression hydraulique croissante car les deux ailes en U des pièces d'étanchéité annulairess'élargissent en fonction de la pression. L'ex- trêmité libre filetée 15a du mandrin 15 porte un écrou 21 au moyen duquel la collerette mobile 17 peut être règlée axialement dans des limites données permettant ainsi éga- lement de règler la longueur axiale de la chambre sous pression 18. La figure montre par des cases et des flèches que le canal intérieur 19,19a est branché sur un circuit hydraulique, comprenant une unité de commande 22, une pom- pe 23 et un accumulateur hydraulique 24. Le circuit hydrau- lique commande la pression du fluide hydraulique à l'inté- rieur de la chambre sous pression 18, en ce qui concerne son augmentation, sa diminution et sa durée d'action. Pour obtenir une déformation comme celle indiquée en 12a dans la région axiale ai de la figure 4, une pression d'envi- ron 410 à 490 bar est nécessaire; pour obtenir l'élargi- ssement 12 b de la région axiale a 2, la pression hydrau- lique nécessaire se situe dans la plage d'environ 950 à 1050 bar. D'autres détails qu'il n'y a pas lieu de mention- ner ici peuvent se trouver par exemple dans le brevet des Etats Unis d'Amériques US-PS 4 069 573 et dans le brevet de la République Fédérale Allemende DE-AS 27 09 633. La figure 6 montre, sous forme d'en dernier exemple de réalisation pour lequel les mêmes références sont utilisées pour désigner des éléments identiques, que la partie de bouchon de nettoyage R 2 peut êAtre combinée avec une pièce R 32 en forme de manchon, servant de partie de bouchon de fermeture, dont la paroi peut être dilatée axialement, et ce au moins dans des régions axiales par exemple la région a4. A cet effet, la pièce R 32 en forme de manchon comporte en son intérieur au moins deux éléments de pression 27, 28 pouvant être déplacés dans des sens opposés par des pièces 25, 26, 25a, 21', de manière que par le mouvement relatif de ces éléments, la circonférence extérieure de surfaces de compression 29a puisse. aug- menter par rapport à la circonférence intérieure de la pièce R 32 en forme de manchon. Dans le mode de réalisa- tion représenté, les surfaces de compression 29a sont prévues sur une pièces de compression 29 à comportement quasi-hydraulique, et cette pièce de compression consiste de préférence en une matière plastique élastomère, pouvant être comprimée entre les deux éléments de pression 27, 28. La référence 25, comme l'indique la flèche 25', désigne une tige de traction à l'extrémité libre de laquelle est vissée sur un filetage 25a un écrou 21' réglable axiale- ment dans des limites, de sorte que l'élément de pression 28 peut être tiré dans la direction de la flèche 25 ', contre la pièce de compression 29. La butée est constituée par le second élément de pression 27 avec la tige creuse de pression 26, dans l'alésage central 26a de laquelle la tige de traction 25 est mobile axialement. L'effet de la force sur la tige de pression 26 est indiqué par la flèche 26'. D'autres détails sur le dimensionnement des tubes RO d'échangeurs thermiques et sur le dispositif d' élargissement de la figure 6, ainsi que les valeurs des forces, qui ne présentent pas d'intérêt ici, peuvent se trouver dans les brevets précités US-PS 4 069 573 et DE-AS 27 09 633, donnés à titre de référence. Dans l'exemple de réalisation de la figure 6, le bouchon de nettoyage R 2 est fixé sur la plaque d'ex- trêmité 30 qui est ajustée étroitement dans l'ouverture d'extr&mité de la pièce R 32 en forme de manchon et qui y est soudée par un cordon annulaire de soudure 31. La réfé- rence 14 désigne également un vide produit par la forme conique de la plaque d'extrémité 13, ou le cordon de sou- dure 31. La référence 25b désigne une partie renforcée de la tige de traction 25 et la référence 26 b désigne un épaulement de la tige de poussée 26, formé par un loge- ment 26 c de plus grand diamètre, et qui sert de butée pour la partie renforcée 25b de la tige de traction 25, en limitant ainsi la dilatation de la pièce de compres- sion 29. Il apparaît ainsi que grace au bouchon de répa- ration selon l'invention, il est possible qu'à la mise en place de manchons d'étanchéité dans des tubes d'échangeurs thermiques, que ce soit sous forme de bouchor s explosifs, ou que ce soit sous forme de manchon dilatable hydraulique- ment ou mécaniquement, le nettoyage nécessaire de la sur- face intérieure de la partie considérée du tube d'échan- geur thermique est toujours effectué en une opération, de sorte que les surfaces nettoyées peuvent être mises en contact métallique immédiatement après leur nettoyage avec les surfaces extérieures des bouchons de fermeture. Ainsi, une opération est économisée et par ailleurs, la qualité de l'assemblage effectué par déformation à froid est amélioré. Il entre également dans le cadre de l'invention de réaliser un bouchon de réparation dont la partie de bouchon de nettoyage porte une sphére spongieuse avec une surface extérieure durcie comme élément de nettoyage. 1 1 REVENDICATIONS ______________ 1 - Bouchon de réparation pour un tube d'échan- geur thermique, particulièrement pour un générateur de vapeur de centrale nucléaire à eau sous pression, caracté- risé en ce qu'il comporte une partie de bouchon de ferme- ture (R1, R3) et une partie de bouchon de nettoyage (R2) qui précède axialement son extrémité d'entrée, et que les daux parties de bouchon (R1, R3; R2) forment une unité constituante, de manière qu'après l'excécution d'une liai- son étanche, la partie de bouchon de nettoyage (R2) reste dans le tube d'échangeur thermique ainsi fermé. 2 - Bouchon de réparation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de bouchon de nettoyage (R2) est constituée par une pile de disques de nettoyage (40, 40'), qui est maintenue contre une surface d'éxtrg- mité avant (1 a) de la partie de bouchon de fermeture (R1, R2) au moyen d'une vis de serrage (5, 5') qui traverse la pile en son centre et qui est fixée dans la partie de bouchon de fermeture (R1, R3). 3 - Bouchon de réparation selon la revendication 2, caractérisé en ce que la vis de serrage (5,5') comporte une tête (5.1) qui se rétré.cit coniquement dans la direc- tion de l'entrée, et dont la surface de base du cône (5.2) a un diamètre un peu plus petit que les disques de netto- yaga (4, 4'). 4 - Bouchon de réparation selon l'une que3corque des revendications 1 à 3, caractérisé en c; que la pile (40) de disques de nettoyage est constituée par des dis- ques de feutre (4). - Bouchon de réparation selon la revendication 4, caractérisé en ce que les disques de feutre (4) sont enfilés par leur., trou central (6) sur un manchon (7), la vis de serrage (5) étant enfilée dans ce manchon. 6 - Bouchon de réparation selon l'une quelconque de revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pile (40') de disquesde nettoyage est constituée par des an- neaux métalliques élastiques (4'). 7 - Bouchon de réparation selon la revendication 6, caractérisé en ce que les anneaux métalliques (4') sont fendus à la manière des segments de pistons, et que les fentes (10) d'anneaux métalliques (4') voisins sont décalées les unes par rapport aux autres dans la direction circon- férentielle. 8 - Bouchon de réparation selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que les anneaux métalliques (4') sont disposés avec jeu sur une queue (5,3') de plus grand diamètre de la vis de serrage (5'), l'extrémité avant de la tige étant prévue avec un prolongement fileté (5. 6) de plus petit diamètre destiné a être vissé dans la partie de bouchon de fermeture (R1, R3). 9 - Bouchon de réparation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la surface d'extrémité, du c6té d'entrée, de la vis de maintien (5, 5') comporte un logement (5.5) destiné à recevoir une clef à six pans. 10 - Bouchon de réparation selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'une rondelle (8) soutenant la pile (40, 40') de disques de nettoyage est intercalée entre la pile (4G, 40') de disques de nettoyage et la surface d'extrémité (1 a) de la partie de bouchon de fermeture (R1, R3), le diamètre extérieur de cette rondelle correspondant à peu près à celui de la tête de la vis (5.7). - 11 - Bouchon de réparation selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 3 et 10, caractérisé en ce que la pile de disques de nettoyage est constituée par des disques ou des anneaux en matière plastique, par exemple des anneaux racleurs. 12 - Bouchon de réparation selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la partie de bouchon de fermeture est une partie de bouchon explosif (R 1). 13 - Bouchon de réparation selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la partie de bouchon de fermeture est une pièce en forme de manchon ( R3, R31), dont la paroi peut être élargie, au moins dans une région partielle axialement, par une admis- sion hydraulique, et qu'à cet effet, une chambre sous pres- sion mobile axialement, pouvant recevoir un agent de pres,- sion liquide, est prévue à l'intérieur de la pièce en for- me de manchon (R3, R31). 14 - Bouchon de réparation selon l'une quelcon- que des revendications l à 11, caractérisé en ce que la partie de bouchon de fermeture est une pièce en forme de manchon (R3, R32) dont la paroi peut être élargie méca- niquement au moins dans une région partielle axialement qu'à cet effet, la pièce en forme de manchon (R3, R32) comporte en son intérieur au moins deux éléments de pres- sion avec un dispositif pouvant leur imprimer des mouve- ments opposés, et que par leur mouvement relatif, la cir- conférence extérieure de surface de compression pouvant être augmentée par rapport la circonférence intérieure de la.pièce en forme de manchon. - Bouchon de réparation selon la revendication 14, caractérisé en ce que les surfaces de compression sont formées sur une pièce de compression à comportement quasi- hydraulique, particulièrement faite en matière plastique élastomère, cette pièce de compression pouvant être compri- mée entre deux éléments de pression. 16 - Bouchon de réparation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une sphère spongieuse avec une couche superficielle durcie est supportée sur la partie de bouchon de nettoyage.