Brevet FR2498020A1 — publié le 19820716

La présente invention a pour objet un dispositif d'étanchéité pour passage de conducteurs électriques entre une enceinte sous pression et l'atmosphère, comprenant des câbles électriques, un boulon connecteur de conducteurs, et des éléments d'étanchéité, à savoir d'isolation, en particulier pour moteurs électriques de pompes tournantes sans presseétoupe. Des dispositifs d'étanchéité pour passage de conducteurs pour moteurs électriques, ces dispositifs étant notamment conformés en presse-étoupe,sont connus par le brevet allemand 715 496, par la demande de brevet allemand 27 30 675, et par le modèle d'utilité allemand 77 05153. Dans les formes d'exécution décrites dans ces documents, l'isolation1 respectivement ltétanchéité, sont obtenues entre deux enceintes pour partie à l'aide de matériaux isolants et pour partie à l'aide d'éléments d'isolation en forme d'anneaux. Dans les pompes tournantes sans presse-étoupe, en particulier dans les pompes installées dans les centrales nucléaires, il est nécessaire de réaliser une excellente étanchéité entre une enceinte sous pression et l'atmosphère (voir à ce sujet l'Article de Brennstoff - Wtlnne - Kraft 31 (1979), n- 4, Avril, Chapitre 4, page 176). Dans ce cas, les différences de pression sont de l'ordre de 110 bars. Les valeurs d'isolation sont fixées en fonction des tensions nécessaires, c'est-à-dire de de la valeur du courant. Ceci détermine tout d'abord le dimensionnement du passage de conducteurs, ainsi que le dimensionnement des conducteurs. Les conducteurs sont, dans la plupart des cas, constitués par des cibles correspondants soudés les uns aux autres, l'isolation étant réalisée à l'aide de gaines rétractables et de bandes d'isolant. L'isolation entre le passage d'une paroi et le conducteur est le plus souvent réalisée avec des douilles isolantes massives, telles qu' en caoutchouc dur ou en céramique. En outre, il est nécessaire dtutiliser pour l'obtention de l'étanchéité, des élastomères, par exemple sous forme d'anneaux. Ces matériaux sont conçus pour travailler dans des conditions normales d'utilisation du matériel. Un inconvénient des dispositifs connus est qu'ils n'assurent pas, de manière sûre, une séparation suffisante lorsque les corps isolants sont détériorés. Le but de l'invention est de fournir un système de passage pour conducteurs, qui soit tel que les conditions d'isolation nécessaires de paroi puissent être remplies et que, lors d'une surchauffe, c'est-à-dire lors de la détérioration des isolants, soit encore assurée une séparation plus importante entre l'espace sous pression et l'atmosphère, malgré la détérioration des corps isolants. Ceci est extrêmement important du fait qu'aucun élément du circuit primaire ne doit pouvoir s'écouler vers l'extérieur du récipient sous pression du réacteur, et qu'il convient d'éviter un bris de câble. Ce problème est résolu en réalisant l'étanchéité pour des traversées de câbles du type précité à l'aide d'un boulon connecteur de conducteurs en forme de corps de soupape, qui est noyé dans la masse isolante entre la chambre sous pression et l'atmosphère7 et qui, lors de la détérioration de la masse isolante, c'est-à-dire lorsqu' une pression s'exerce de l'intérieur vers l'extérieur, vient s'appliquer sur une sorte de siège de soupape. De par sa forme géométrique, le boulon vient fermer l'ouverture qui est ménagée dans le corps isolant après fonte de celui-ci. il en résulte un effet de soupape de retenue et par suite un échappement vers l'extérieur du fluide sous pression. Ceci évite également une surpression dans la boîte de jonction. Les caractéristiqlles que concerne l'invention sont également telles que la distance entre le cône et 1'instal- lation métallique sont dimensionnées de telle sorte que l'élasticité du câble d'alimentation évite tout risque de bris et que la surface projetée de la section du câble sur les dimensions du corps isolant est telle qu'une surtension du corps isolant dans la région du cône est évité. il faut maintenant considérer que, dans les moteurs pour pompes rotatives sans presse-étoupe destinées à être installées dans des chaufferies et dans des réacteurs réalisant un hydro-cracking, les passages de câbles sont soumis à des pressions allant jusqu'à 400 bars. Les tensions électriques au niveau des passages de conducteurs électriques peuvent aller jusqu'à 10 000 volts, tandis que la température extérieure est d'un ordre de grandeur correspondant à la température de l'enroulement du moteur, c'est-à-dire de l'ordre de 600C. Une autre forme d'exécution de ce dispositif vise à conformer le passage de conducteurs, de telle façon qu' outre l'étanchéité électrique et la pression, soit également obtenue une bonne résistance aux chocs thermiques. En outre, il convient d'assurer qu'en cas de perturbation, le boulon connecteur de conducteurs ne puisse pas être projeté,sous l'effet de la pression, hors de la zone sous pression. Il est également compréhensible qu'en cas de perturbation, et par suite de la perméabilité des systèmes de secours, du fluide chaud peut parvenir dans le compartiment moteur et amener rapidement la zone de passage de conducteurs électriques à une température pouvant aller jusqu'a 350in. L'étanchéité à la pression du passage de conducteurs électriques doit également être pendant et après la perturbation seulement suffisamment perméable, de telle sorte que la boîte de raccordement qui lui est associée ne subisse pas une surpression interne non souhaitable, relativement à la pression atmosphérique. Ce but est atteint en ce sens que, dans le passage de conducteurs électriques, le boulon connecteur de conducteurs vient en appui à son extrémité située du côté de l'extrémité du câble en provenance de ltenroule- ment du moteur, par la face frontale de son extrémité élargie de sa partie en forme de corps de soupape, contre une extrémité élargie, équipée d'un joint annulaire, d'un corps isolant en céramique résistant à la pression et à la température, et il est prévu une pièce isolante entre l'extrémité du câble de l'enroulement du moteur et le boulon connecteur de conducteurs, ainsi qu'une gaine rétractable tirée sur ceux-ci et le corps isolant en céramique jouant le rôle d'isolant électrique, de dispositif d'amortissement de chocs thermiques, et simultanément d'étanchéité à la pression et, en outre, un anneau d'appui est réalisé en un matériau amagnétique, dont le diamètre interne est inférieur au diamètre de la partie en forme de corps de soupape du boulon connecteur de conducteurs, servant à recevoir la force résultant de la différence de pression des milieux entre lesquels l'étanchéité est à réaliser. Le boulon massif connecteur de conducteurs est, selon les caractéristiques de l'invention, en liaison avec le corps isolant résistant à la pression et à la température, et la partie dénudée du connecteur de conducteurs est conformée de façon telle que la structure est maintenue même en cas de choc thermique et qu'un déplacement du boulon connecteur de conducteurs hors de son logement sous l'effet de la pression est évité. Des éléments d'étanchéité supplémentaires limitent un courant de fuite éventuel lors de défaut des éléments d'étanchéité primaires à la température requise. L'agencement des éléments d'étanchéité et d'appui est choisi de telle façon qu'une visite des éléments d'étanchéité et d'isolement du passage de conducteurs est possible sans démontage du moteur. Le boulon connecteur est contraint sur le corps isolant en céramique par un écrou et une pièce d'appui. Les figures 1 à 5 du dessin schématique annexé représentent une première forme d'exécution d'un système d'étanchéité pour passage de conducteurs. La figure 6 représente une seconde forme d'exécution d'un système d'étanchéité pour passage de conducteurs. Le système représenté aux figures 1 à 5 comporte une paroi de séparation 1 entre une chambre sous pression et l'atmosphère, un boulon connecteur de conducteurs 2, un corps isolant 2 en caoutchouc dur ou en céramique, un corps isolant 4 en caoutchouc dur, un câble 5 conducteur du courant en provenance du bobinage, un anneau de butée 6 réalisé en un matériau non magnétique, deux couches de bandes isolantes 7, 8, et un manchon rétractable 9, ainsi qu'un écrou 10 destiné à pré contraindre le boulon connecteur de câble 2 vis-à-vis d'un anneau 11 pour l'étanchéité entre la paroi du carter et le corps isolant. Le boulon de raccordement a comporte une pente qui est telle que sa zone de diamètre maximal se trouve à une distance minimale prédéterminée entre l'isolant, et le carter et l'anneau de butée 6. A la place de la pente 5, le boulon pourrait également présenter des surfaces droites, comme montré à la figure 3. Dans ce cas, est utilise un anneau 6 réalisé en un matériau non magnétique qui, dans sa zone de contact, présente, comme montré, respectivement, aux figures 4 et 5, soit une surface inclinée, soit une surface arrondie. En fonction du choix des matériaux, et de la pression intérieure, il peut être déterminé si l'un ou l'autre des assemblages anguleux ou arrondis est préférable.En cas de détérioration du corps isolant 4, le boulon de raccordement 2 va, sous lteffet de la pression interne, venir en appui contre l'anneau et plus précisément contre 19arête de celui-ci, de manière à réaliser une auto-étanchéité. Le montage fou de l'anneau de butée 6 permet son démontage facile en vue de son échange après détérioration. il est important de noter que l'étanchéité peut être également réalisée sans utiliser cet anneau séparé, dans la mesure où la paroi du carter est dimensionnée de manière satisfaisante. Les avantages essentiels de ce dispositif de passage pour conducteurs résident dans son caractère d'autoétanchéité tant en usage normal qu'en fonctionnement anormal, de telle sorte que le fluide ne s'échappe pas vers l'extérieur, en un siège échangeable par l'intermédiaire d'un anneau séparé, en l'installation de corps isolants thermiques à bonne qualité d'isolation qui ne compromettent pas l'étanchéité lors de surchauffes dues à des conditions de fonctionnement anormales, ainsi que la possibilité d'échange des raccords des conducteurs et des anneaux formant butées après avaries, par désoudage et resoudage d'un conducteur massif, ainsi que par remplacement de l'anneau de butée par des corps isolants correspondants, par de simples mouvements axiaux de faible valeur autorisés par l'élasticité des câbles électriques à l'intérieur du moteur, qui évitent une rupture du câble électrique. Le système représenté à la figure 6 concerne une variante d'exécution du passage de conducteurs électriques selon l'invention. L 'extrémité du passage de conducteurs normalement au contact avec le milieu haute pression (de l'ordre de 60il) est isolée électriquement par le système d'isolation 117 qui est disposé sur le conducteur 116 provenant de l'enroulement du moteur, et le corps isolant 103. Afin de réaliser une protection mécanique supplémentaire, la surface supérieure de l'élément d'isolation ç est recouverte d'un boyau rétractable 118.Le boyau rétractable 118 agit en combinaison avec la partie isolante 117, dans la zone de la surface supérieure du corps isolant 103 en contact avec le milieu vis-à-vis duquel une protection est recherchée, affaiblissant les effets d'un choc thermique sur la matière constitutive du corps isolant. L'étanchéité à la pression est obtenue tout d'abord par l'anneau 106, et par la combinaison boyau rétractable 118-élément isolant 117. La force résultant de la différence de pression du milieu vis-à-vis duquel l'étanchéité est à réaliser est transmise longitudinalement au passage de conducteurs, par l'intermédiaire du corps isolant 103 sur un anneau d'appui 104 réalisé en un matériau non magnétique dont le diamètre interne est plus petit que le diamètre de la tête du boulon connecteur de conducteurs 102.De ce fait, même dans la mesure où le corps isolant 103 est totalement détruit - ce qui peut, néanmoins, titre considéré comme exclu en raison de la bonne répartition des tensions - le boulon connecteur de conducteurs 102 ne peut pas être déplacé vers l'extérieur sous l'effet de la pression du milieu à étancher. Le manchon taraudé 111 réalisé en un matériau non magnétique assure le maintien de l'anneau faisant butée dans sa position, ainsi que la mise en tension de l'anneau 106. Dans la mesure d'élévation temporaire et limitée de température, les qualités d'étanchéité du boyau rétractable 118 de la pièce isolante 117 et de l'anneau 106 peuvent être diminuées. Comme sécurité supplémentaire, il est possible de prévoir des étanchéités secondaires le long des passages de courant de fuite, ces dispositifs d'étanchéité étant constituée par des anneaux 105, 107, 108 et 110, ainsi que par un ciment colle résistant à la température, logé dans la fente correspondant à la zone de jonction entre le boulon connecteur de conducteurs et le corps isolant 103. Du fait de l'appui direct de l'anneau 104 sur le manchon fileté 111, il est possible de réaliser le changement des anneaux secondaires 105, 107, et l'inspection de l'anneau d'étanchéité primaire 106 sans démontage du moteur. Des fentes 114 ménagées dans la paroi frontale du manchon fileté et un orifice de contrôle 115 ménagé dans le carter du moteur permettent de vérifier la fonction d'étanchéité des éléments d'étanchéité sans travaux de démontage. L'association d'un hygromètre à l'orifice 115 avec un dispositif de signalisation à distance ou d'alarme permet de signaliser les défauts d'étanchéité. En résumé, les avantages du passage de conducteurs selon l'invention résident dans une auto-étanchéité et dans une résistance aux chocs thermiques pour des températures allant jusqu'à 350ex, évitant les suites dommageables pouvant résulter des défections des appareils traditionnels, notamment les jets de vapeur chaude, le système selon l'invention, présentant également l'avantage d'une facilité d'échange des anneaux d'étanchéité secondaire 105, 107 et de la possibilité de contrôle de l'état de l'anneau d'étanchéité primaire 106, sans démontage du moteur, avec possibilité de mesure de l'hygrométrie révélant les défauts d'étanchéité. - REVENDICATIONS 1. - Dispositif d'étanchéité pour passage de conducteurs électriques entre une enceinte sous pression et l'atmosphère comprenant un câble électrique, un boulon connecteur de conducteurs et des éléments d'étanchéité, respectivement d'isolation, en particulier pour moteurs électriques de pompes rotatives sans presse-étoupe, caractérisé en ce qu'il comprend un boulon connecteur de conducteurs (2, 102) en forme de corps de soupape, logé dans la masse isolante entre l'enceinte sous pression et l'atmos- phère et susceptible d'être appliqué sur une sorte de siège de soupape lors de la détérioration de l'isolant, c'est-àdire lorsque la pression s'exerce de l'intérieur vers l'extérieur. 2. - Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boulon connecteur de conducteurs vient en appui à son extrémité située du côté de l'extrémité du câble (16) en provenance de l'enroulement du moteur, par la face frontale (9) de son extrémité élargie de sa partie en forme de corps de soupape, contre une extrémité élargie, équipée d'un joint annulaire (8), d'un corps isolant (3) en céramique résistant à la pression et à la température, et en ce qu'il est prévu une pièce isolante (17) entre l'extrémité du câble (16) de l'enroulement du moteur et le boulon connecteur de conducteurs (2), ainsi qu'une gaine rétractable (18) tirée sur ceux-ci et le corps isolant en céramique (3) jouant le rôle d'isolant électrique, de dispositif d'amortissement de chocs thermiques, et simultanément d'étanchéité à la pression, et en outre, un anneau d'appui (4) est réalisé en un matériau amagnétique, dont le diamètre interne est inférieur au diamètre de la partie en forme de corps de soupape du boulon connecteur de conducteurs (2), servant à recevoir la force résultant de la différence de pression des milieux entre lesquels l'étanchéité est à réaliser. 3. - Dispositif d'étanchéité selon la revendication 2, caractérisé en ce que le boulon connecteur de conducteurs (2) est maintenu en tension contre le corps isolant (3) par l'intermédiaire d'un écrou (13) et d'un corps d'appui isolant (12). 4. - Dispositif d'étanchéité selon la revendication 2, caractérisé en ce que des systèmes d'éranchéité secondaire sont disposés le long des passages de courant de fuite, se présentant sous la forme d'éléments annulaires (5, 7, 8, 10), ainsi que d'un ciment de collage résistant à la température, dans la fente de séparation entre le boulon connecteur de conducteurs (2) et le corps isolant (3) en céramique. 5. - Dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qutil comporte un manchon fileté (11) dans la face frontale duquel sont ménagées des fentes (14), tandis qu'un orifice de contrôle (15) est ménagé dans le carter du moteur. 6. - Dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 2, 3 et 5, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de mesure de l'hygrométrie associé à l'orifice de contrôle (15), avec un dispositif de signalisation à distance, tel qu'un dispositif d'alarme.