Brevet FR2502379A1 — publié le 19820924

A 2502379 La présente invention est relative à un procédé et un dispositif de fermeture étanche amovible pour conteneurs destinés au transport des combus- tibles nucléaires qui sont à la fois source de radiations et source de cha- leur. La rupture du gainage renfermant le combustible nucléaire peut provoquer unesurpression à l'intérieur du conteneur. Le dispositif de fermeture doit pouvoir résister à cette surpression. Il existe de nombreux dispositifs de fermeture étanche amovible pour conteneurs comprenant une partie formant ouverture du conteneur et un bou- chon venant s'adapter sur cette ouverture. L'étanchéité est réalisée au moyen d'un joint pressé entre le bouchon et l'ouverture. L'effort de compres- sion du joint est souvent obtenu par un déplacement relatif de différentes pièces constituant le dispositif et qui coopèrent par l'intermédiaire de rampes usinées, de systèmes à vis, etc.... Lorsque l'on veut obtenir des étanchéités très grandes on est amené à concevoir des bouchons capables d'exercer lors de la fermeture des efforts de compression sur le joint d'étanchéité relativement grands. Lorsque, en plus le dispositif de fermeture est soumis à une tempé- rature élevée, le joint d'étanchéité doit être métallique, or les joints métalliques ne fournissent une bonne étanchéité que lorsqu'ils sont soumis à des efforts de compression assez grands. Ces critères d'étanchéité absolue sous température élevée sont ceux que l'on rencontre dans des conteneurs renfermant du combustible nucléaire qui est à la fois une source de radiations et une source de chaleur. Les bouchons connus capables de remplir ces conditions présentent des structures compliquées nécessitant des usinages précis et une mise en place délicate. D'autre part, si ces bouchons sont exposés aux radiations, leurs surfaces contaminées présentent des aspérités, gorges ou recoins qui sont néfastes pour la Sécurité ou le contrôle. La présente invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un procédé de fermeture étanche amovible d'un conteneur pour combustible irradié, au moyen d'un bouchon coopérant avec une ouverture du conteneur l'ouverture présente à sa partie supérieure au moins une face interne cy- lindrique, le bouchon présente au moins une face externe cylindrique, le diamètre de la face externe du bouchon est légèrement supérieur au diamè- tre de la face interne de l'ouverture, la mise en place du bouchon s'effec- tuant par un chauffage rapide de la partie supérieure de l'ouverture afin afin de provoquer une dilatation momentanée de l'ouverture permettant l'in- troduction du bouchon, la face interne de l'ouverture venant s'appuyer for- tement contre la face externe du bouchon après rétablissement de l'équilibre thermique par suppression du chauffage, l'extraction du bouchon s'effectuant de la mlême façon par chauffage rapide de la partie supérieure de l'ouverture. Les moyens permettant le chauffage rapide de l'ouverture sont de pré- férence constitués par une bobine électromagnétique alimentée en courant alternatif. Selon un mode de réalisation de notre invention, il est prévu sur la face cylindrique externe du bouchon, des gorges concentriques multipliant ainsi les zones effectives de contact et améliorant donc l'étanchéité lors- que le bouchon est en place. Dans un tel dispositif de fermeture propre à notre invention nous re- marquons que les pièces qui le constituent sont uniquement des pièces de révolution qui sont par conséquent très faciles à usiner. D'autres avantages propres à cette invention apparaîtront lors de la description détaillée de l'exemple de réalisation qui va suivre, illustré par les figures annexées. La figure 1 représente une vue schématique en coupe d'un dispositif de fermeture selon l'invention. Les figures 2 et 3 représentent une vue partielle en coupe d'une réalisation du dispositif de fermeture selon l'invention. La figure 2 montre la disposition relative des pièces lors de l'opé- ration de mise en place ou de l'extraction du bouchon. La figure 3 montre la disposition de ces mêmes pièces lorsque le bou- chon est en place. La figure 4 représente une vue en coupe d'un autre mode de réalisation du dispositif de fermeture selon l'invention. Nous allons décrire le principe de fonctionnement du dispositif de fermeture propre à notre invention en se reportant à la figure 1. Un conteneur (non représenté) comporte une ouverture 1 de forme géné- rale cylindrique. L'ouverture 1 comporte un bord supérieur 2 d'épaisseur plus importante et présentant une face interne cylindrique 3 de forme géo- métrique assez rigoureuse. Un bouchon 4 de forme générale cylindrique pré- sente une face externe cylindrique 5 de forme géométrique assez rigoureuse. Le bouchon est destiné à venir se loger dans l'ouverture de façon que les faces cylindriques 3 et 5 soient pressées l'une contre l'autre afin de réa- liser la fermeture étanche. Pour effectuer la mise en place du bouchon, on dispose autour du bord supérieur 2 de l'ouverture une bobine électroma- gnétique 6 alimentée en courant alternatif qui produit un échauffement rapi- de de la pièce 2 selon un processus bien connu. Il s'ensuit une dilatation qui amène le diamètre de sa face interne 3 à la valeur D1. Le bouchon qui n'est pas chauffé a un diamètre D2 légèrement inférieur au diamètre D1, son introduction peut s'effectuer sans difficulté. Lorsque cette introduction est faite, on enlève la bobine ou on la déconnecte électriquement, il s'en- suit un refroidissement et un équilibre thermique entre les pièces 2 et 4. Comme la face 3 a un diamètre à froid D3 inférieur à D2, il se provoque un frettage des pièces 2 et 3, les faces 3 et 5 sont pressées l'une contre l'autre énergiquement. Même si l'ensemble ainsi formé est ultérieurement chauffé, par exemple par les radiations des produits contenus, le bouchon et l'ouverture se dilatent simultanément, ce qui ne modifie pas beaucoup le frettage de ces deux pièces qui reste efficace pour réaliser l'étanchéité. Pour effectuer l'ouverture du conteneur, il suffit de replacer la bobine alimentée autour de la pièce2. On réalise ainsi un chauffage rapide et à effet superficiel de telle sorte que le chauffage ne concerne pratique- ment que la pièce 2, le bouchon restant pratiquement froid. Lorsque cela est réalisé, la pièce 2 est suffisamment dilatée pour créer un jeu entre les faces 3 et 5 et permettre l'extraction du bouchon sans effort. Nous remarquons la simplicité de forme des pièces réalisent cette fer- meture. D'autre part les manoeuvres de mise en place ou d'extraction du bou- chon se font sans effort, ce qui élimine des possibilités de fausse manoeu- vre. La force avec laquelle les faces 3 et 5 sont pressées l'une contre l'au- tre est fonction uniquement des dimentions des pièces et de leur matière, ellE est indépendante des manoeuvres effectuées, ce qui augmente la fiabilité de l'étanchéité réalisée. Les figures 2 et 3 nous montrent une réalisation particulière du dis- positif de fermeture propre à notre invention. Les faces cylindriques 3 et 5 sont les deux faces qui viennent en contact afin de réaliser l'étanchéité. De part et d'autre de la face 3 se trouvent un bossage circulaire 7 suivi d'un évidement circulaire 9, et de part et d'autre de la face 5 se trouvent un évidement circulaire 8 suivi d'un bossage circulaire 10. En position de fermeture (figure 3) correspondant à l'équilibre thermique, les faces 3 et 5 sont pressées l'une contre l'autre, et l'ensemble des bossages et des évi- dements 7, 8, 9 et 10 sont disposés de façon à laisser un léger espace 11 entre les pièces 2 et 4, le diamètre de cet espace 11 étant successivement inférieur puis supérieur au diamètre des faces 3 et 5 en contact. Cette dis- position crée un obstacle efficace au déplacement axial du bouchon qui peut etre dû par exemple à un choc externe ou une surpression interne. On pourrait prévoir ainsi une multitude de bossages et d'évidements alternés créant un labyrinthe de part et d'autre des faces 3 et 5. Ces bossages latéraux présentent aussi l'avantage de protéger des chocs ou rayures les faces 3 et 5 dont l'absence de défauts est essentielle pour créer l'étanchéité. Lors de la mise en place ou de l'extraction du bouchon (figure 2) la dilatation de la pièce 2 doit etre telle que le diamètre D5 du bossage 7 soit supérieur au diamètre D4 du bossage 10. Dans le mode de réalisation correspondant aux figures 2 et 3, il est d'autre part prévu sur la face externe 5 du bouchon 4 des gorges il circu- laires et concentriques destinées à améliorer l'étanchéité. En effet, si un défaut géométrique mineur existe sur l'une au moins des faces 3 ou 5, ou si le bouchon n'est pas disposé exactement dans l'axe de l'ouverture, le contact entre les faces 3 et 5 risque de ne s'effectuer qu'au voisinage d'une arête. La présence des gorges il diminue la rigidité superficielle du bouchon et permet une multiplication des zones de contacts entre les faces 3 et 5 par la multiplication des arêtes. Un autre mode de réalisation du dispositif de fermeture selon notre invention est représenté en figure 4. Sur cette figure nous voyons l'ouver- ture 1 du conteneur présentant un bord supérieur 2 qui comporte deux faces internes cylindriques et concentriques 12, 13, la face 13 la plus extérieure ayant un diamètre supérieur à celui de la face 12. Le bouchon est composé essentiellement de deux pièces cylindriques coaxiales 14, 15 reliées de façon étanche par des voiles élastiques 16, 17, 18 formant soufflet. Le bouchon vient s'appuyer, lorsqu'il est introduit dans l'ouverture, sur un épaulement interne 19 de cette ouverture. Son positionnement est ainsi ri- goureux. Les pièces 14 et 15 ont leur face externe 20, 21 adaptées aux faces cor- respondantes 12, 13 de façon à ce que, lors de l'équilibre thermique il se réalise simultanément un frettage. L'étanchéité est donc double dans ce dispositif. La liaison élastique 16, 17, 18 permet d'absorber les déplace- ments selon l'axe des pièces 14 et 15 lors des variations de température afin d'éviter des glissements entre les différentes surfaces en contact réalisant l'étanchéité. Un évidement 22 est prévu dans la partie 15 du bou- chon afin de permettre sa préhension sans que ce bouchon ne présente de protubérence qui risquerait de l'exposer aux chocs. Pour tous les modes de réalisation conforme à la présente invention il peut être utile de prévoir sur les faces cylindriques venant en contact afin de réaliser l'étanchéité un revêtement métallique dont la dureté est infé- rieure à celle des matériaux constituant le bouchon et l'ouverture. Ce re- vêtement peut être composé de nickel chimique. Le dispositif de fermeture propre à notre invention a d'autre part l'avantage, lorsqu'il est utilisé pour des conteneurs renfermant des produits radioactifs, d'avoir des surfaces pouvant être contaminées qui sont très restreintes et qui présentent un aspect lisse sans relief ni cavité. Il est bien entendu que l'on peut dans sortir du cadre de l'invention imaginer des variantes et des perfectionnements de détails et de même en- visager l'emploi de moyens équivalents. REVENDICATIONS 1.- Procédé de fermeture étanche amovible d'un conteneur pour combus- tible irradié, au moyen d'un bouchon coopérant avec une ouverture du conte- neur, caractérisé en ce que cette ouverture présente à sa partie supérieure au moins une face interne cylindrique, le bouchon présente ue face externe cylindrique, le diamètre de la face externe du bouchon est légèrement supé- rieur au diamètre de la face interne de l'ouverture, la mise en place du bouchon s'effectuant par un chauffage rapide de la partie supérieure de l'ou- verture afin de provoquer sa dilatation permettant l'introduction du bouchon, la face interne de l'ouverture venant alors s'appuyer fortement contre la face externe du bouchon après rétablissement de l'équilibre thermique par suppression du chauffage, l'extraction du bouchon s'effectuant de la même façon par chauffage rapide de la partie supérieure de l'ouverture. 2.- Dispositif de fermeture étanche amovible d'un conteneur pour com- bustible irradié conforme au procédé de fermeture selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un bouchon présentant au moins une face externe cylindrique (5, 20, 21) venant s'emboiter dans la partie supé.. rieure de l'ouverture du conteneur présentant au moins une face interne cy- lindrique (3, 12, 13) le diamètre de la face externe du bouchon étant légè- rement supérieur de la face interne correspondante de l'ouverture, ce dis- positif comporte en outre, pour la mise en place ou l'extraction du bouchon, une bobine électromagnétique alimentée en courant alternatif venant entourer la partie supérieure de l'ouverture pour y créer un échauffement rapide à effet superficiel. 3.- Dispositif de fermeture selon la revendication 2 caractérisé en ce que le bouchon est formé de deux parties (14, 15) concentriques, reliées par un voile flexible étanche (16, 17, 18), les deux parties (14, 15) ayant des faces externes cylindriques (20, 21) venant s'emboiter chacune dans deux lo- gements distincts concentriques de l'ouverture 2 sur des faces internes cy- lindriques correspondantes (12, 13), et en ce que la partie (15) du bouchon la plus extérieure présente un orifice interne 22 débouchant dans la zone du voile (16) et destiné à la préhension du bouchon. 4.- Dispositif de fermeture selon l'une des revendications 2 ou 3, carac- térisé en ce que la face ou l'une des faces externes cylindriques du bou- chon présente au moins une gorge concentrique permettant d'améliorer le con- tact de cette face avec la face correspondante de l'ouverture. 5.- Dispositif de fermeture selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que de part et d'autre des faces internes de l'ou- verture et externes du bouchon, sont ménagés une suite de bossages et d'avi- dements circulaires et concentriques à ces faces, un bossage sur l'une des pièces se trouvant en regard d'un évidement sur l'autre pièce et viceversa, de façon qu'il soit créé un obstacle au déplacement axial du bouchon par rap- port à l'ouverture de chaque côté des faces en contact créant l'étanchéité. 6.- Dispositif de fermeture selon l'une quelconque des revendications 2 à 5 caractérisé en ce que les faces en contact créant l'étanchéité sont recouvertes d'une couche métallique dont la dureté est inférieure à celle des pièces du dispositif.