Brevet FR2531404A1 — publié le 19840210

"Procédé et dispositif de fermeture étanche d'un conteneur par frettage de deux portées coniques La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de fermeture étanche d'une enceinte par frettage de deux portées coniques. On utilise 9 en particulier dans l'industrie nucléaire, des enceintes nécessitant une étanchéité à différents fluides sous pression et à une tem- pérature relativement élevée -C'est le cas par exemple de conteneurs de transport qui servent à acheminer les assemblages combustibles irradiés de- puis le réacteur nucléaire jusqu'à l'usine de retraitement Le dispositif de fermeture d'un conteneur de ce genre doit répondre aux exigences de sé- curité et de fonctionnement requises. On connaît 9 dans l'état de la technique, des dispositifs de ferme- ture d'une enceinte qui utilisent un ou plusieurs joints métalliques pour réaliser une étanchéité métal-métal Dans un dispositif de ce genre, le joint doit être fortement comprimé sans rotation par des vis de serrage ou un moyen équivalent En général, après démontage, les joints métalliques ne sont pas réutilisables En outre 9 un dispositif de ce genre occasionne sou- vent des problèmes de grippage ou d'usure des dispositifs de serrage. On connait également des dispositifs de fermeture dans lesquels l'é- tanchéité métal-métal est assurée par un joint fusible O Dans ce cas 9 l'étan- chéité est bonne, mais la résistance mécanique du joint est faible O En ou- tre, il se produit des entraînements du métal fusible lors du retrait du bouchon, ce qui est gênant. La présente invention a pour objet un procédé et dispositif de fer- meture pour une enceinte qui remédie à ces inconvénients de l'art antérieur O Elle utilise les propriétés de serrage des cônes mâlesfemelles de faible pente Par faible pente, il faut entendre une conicité de l'ordre de 1 à 2 degrés Par usinage 9 le cône mâle est plus grand que le cône femelle-et le serrage est obtenu selon le procédé de la présente invention par frettage thermique, le cône interne étant préalablement refroidi et/ou le cône exter- ne chauffé avant une opération de montage ou de démontage Le serrage et lé- tanchéité du dispositif de fermeture sont obtenus lorsque les deux cônes ont atteint la même température. De façon plus précise 9 le dispositif de fermeture étanche de l'inven- tion se caractérisé en ce qu'il se compose d'une virole métallique et d'un bouchon également métallique, le coefficient de dilatation du métal de la virole étant égal à celui du métal du bouchon 9 une portée conique de faible 2 2531404 pente étant réalisée sur ladite virole et une portée conique, complémen- taire de celle de, la virole, étant réalisé-fiur le bouchon, la virole et le bouchon constituant une pièce mâle et une pièce femelle et étant assem- blés par frettage grace à une opération préalable de dilatation par chauf- fage de la pièce femelle et/ou contraction par refroidissement de la pièce mâle. Il est nécessaire que les deuxi cônes soient réalisés avec le même métal ou avec des métaux présentant le même coefficient de dilatation afin d'assurer un serrage approprié et durable au cours du fonctionnement de l'en- ceinte pendant lequel la température du dispositif de fermeture varie Il faut en outre que les surfaces des cônes soient usinées avec soin, et en particulier qu'elles ne présentent pas de rayures longitudinales Bien enten- du, il est nécessaire que les contraintes de serrage restent dans le domaine de la limite élastique du métal utilisé pour la température de service pré- vue. La portée conique mâle peut être réalisée indifféremment sur le bou- chon ou sur la virole, ce qui donne plusieurs variantes de réalisation du dispositif de l'invention. De préférence, la virole comporte une portée annulaire et le bouchon une collerette qui permettent un positionnement axial du bouchon par rapport à la virole. Lorsque la portée annulaire et la collerette sont amenées au contact lors de l'opération préalable de dilatation relative on est assuré, par construction, d'avoir grâce à cette opération un serrage convenable une fois l'équilibre des températures réalisé entre les deux pièces. Au-cas o la longueur de la portée est importante relativement au dia- mètre, on peut, selon une caractéristique de l'invention, fractionner les portées coniques du bouchon et de la virole en une pluralité de c 8 nes raccor- dés par des talons Cela permet d'introduire et d'extraire le bouchon sans nécessiter une dilatation exagérément importante de la virole. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront en- core à la lecture de la description qui suit de plusieurs exemplesd réalisa- tion donnés à titreindicatif et nullement limitatif, en référence aux des- sins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe d'une première variante de réalisa- tion; la figure 2 représente une deuxième variante de réalisation 3 253 1-404 les figures 3 a et 3 b représentent deux autres variantes du-dis- positif de fermeture de l'invention, dans lesquelles la portée conique femelle a été réalisée dans-le bouchon la figure 4 a représente un montage pour l'usinage 9 à partir d'une virole étalon, de la collerette limitant la pénétration des cônes à la valeur correspondant au serrage désiré. la figure 4 b représente un montage pour l'usinage de la portée an- nulaire 9 à partir d'un tronc de cône étalonde façon à limiter la pénétra- tion du bouchon à la valeur correspondant au serrage désiré. la figure 5 représente un deuxième mode de réalisation de l'inven- tion qui comporte deux bouchons à conicités inversées; la figure 6 représente un troisième mode de réalisation dans lequel les portées coniques ant été fractionnées la figure 7 représente une variante de réalisation de ce troisième mode de réalisation. Sur la figure 1, la référence 2 désigne la paroi d'une enceinte étan- che Cette enceinte étanche peut être fixe ou mobile Il peut s'agir par exemple d'un conteneur placé dans un château de transport servant à ache- miner les assemblages combustibles irradiés du réacteur nucléaire jusqu'à l'usine de retraitement. Une enceinte de ce type doit comporter un dispositif de fermeture répondant à des exigences de sécurité et d'étanchéité très strictes O Ce dispositif doit âtre capable de supporter une température et une pression élevées. Le dispositif de fermeture de l'invention représenté sur la figure 1 fait appel aux propriétés de serrage des cônes mâle-femelle de faible pente O Le dispositif de fermeture se compose de deux parties une virole 4 soli- daire de la paroi de l'enceinte étanche qui délimite une ouverture 6 qui permet d'accéder à l'intérieur de l'enceinte O L'ouvertue 6 est obturée par un bouchon 8 introduit à l'intérieur de la virole 4 Des portées coniques de faible conicité sont réalisées sur la virole 8 et sur le bouchon O Dans la variante représentée sur la figure 1, une portée conique femelle a été réalisée dans la virole, tandis que le bouchon 8 comporte une portée coni- que mâle complémentaire Bien entendu, deautres combinaisons sont possi- bles, comme nn le décrira par la suite. La fermeture de l'enceinte étanche au moyen du dispositif de l'inven- tion représenté sur la figure i est obtenue de la manière suivante On chauffe la virole 4, ce qui a pour effet de la dilater et d'augmenter 2531 404 le diamètre de la portée conique femelle 4 a jusqu'à la position 4 'a re- présentée en trait interrompu Il est alors possible d'introduire sans difficulté le bouchon 8 à l'intérieur de la virole 4 La virole refroidit, ce qui a pour effet de la contracter et donc d'obtenir l'effet de serrage recherché On réalise ainsi une fermeture étanche et présentant une bonne résistance mécanique. Il est possible également, au lieu de chauffer la virole 4, de re- froidir le bouchon 8 Ceci peut être obtenu par refroidissement au moyen de gaz liquéfié introduit par la canasation 10 à l'intérieur de la cavité 12 pratiquée dans le bouchon 80 On peut également, si les dimensions du bouchon le nécessitent, re- froidir le bouchon en même temps qu'on dilate lavirole 4. L'enlèvement du bouchon s'effectue de manière inverse soit en chauf- fant la virole 4, soit en refroidissant le bouchon 8 pour le contracter au moyen de gaz liquéfié ou par tout autre moyen analogue. Le bouchon 8 comporte un logement 8 b pour une tête de préhension 14 qui permet de le manipuler commodément et à distance. Le positionnement du bouchon 8 par rapport à la virole 4 peut être obtenu facilement au moyen d'une collerette 8 c du bouchon venant en appui sur une portée annulaire 4 c de la virole Lorsque les deux pièces sont dans suffisante, cette position au moment o l'on a provoqué une dilatation relative/ on est assuré que l'enfoncement du bouchon est tel que l'on a entre les deux portées coniques 4 a et 8 a un jeu de montage et que le serrage, une fois l'équili- bre thermique des deux pièces atteint, assurera une étanchéité satisfaisan- te et une résistance à l'arrachement suffisantes, sans dépasser la limite élastique du métal Cela permet la fermeture de l'enceinte sans avoir à se soucier de maîtriser de manière tout à fait précise la différence de tempé- rature entre le bouchon et la virole 4. Dans le cas o les conditions géométriques n'autorisent pas la pré- sence d'une colletette, le positionnement précis, en translation, du bouchon peut être assuré par le mécanisme de mise en place de celui-ci à l'aide d'une butée, règlable ou non, venant en contact de la portée plane de la virole, ou encore par contr 8 le précisde la course de ce mécanisme Si nécessaire, la variation de cette course permet d'assurer des fermetures avec des serra- ges de valeur variable. On a représenté sur la figure 2 une variante de réalisation du dispo- sitif de la figure 1 Dans cette variante, la virole 4 comporte une portée conique femelle et le bouchon une portée conique mâle Cependant, la pente -5 253 1 404 du c 8 ne a été inversée La portée conique femelle 4 a va en s'évasant vers l'intérieur de l'enceinte Il est évident que dans ce cas, il est nécessai- re de dilater davantage la virole 4 pour introduire le bouchon, puisqu'il faut que le plus petit diamètre de la portée conique 4 a devienne supérieur, au moment de l'introduction du bouchon, au plus grand diamètre de la portée conique mâle 8 a. Comme dans le cas précédent, le bouchon 8 peut comporter une colleret- te 8 c qui vient en contact au moment du serrage avec une portée annulaire 4 c de la virole 4, ce qui permet d'obtenir un serrage précis sans avoir à se soucier de maîtriser précisément la différence de température entre la virole et le bouchon. On a représenté sur les figures 3 a et 3 b deux autres variantes de réalisation d'un dispositif de fermeture étanche pour une enceinte Dans ces deux variantes, c'est le bouchon 8 qui comporte une portée conique femelle dans laquelle est recçue la virole Dans le cas de la figure 3 a, le diamètre de la portée conique femelle va en-se rétrécissant vers le fond du bouchon. Cette réalisation peut être comparée à celle de la figure i. Dans le cas de la réalisation de la figure 3 b, au contraire, le dia- mètre de la portée conique femelle va en augmentant vers le fond du bouchon. Cette réalisation peut être comparée à celle de la variante de la figure 2. Le montage et le démontage du bouchon 8 s'effectuent de manière simi- laire à ceux du bouchon des figures i et 2 D On note également la présence d'une portée annulaire 4 c qui, dans ces modes de réalisation, se présente sous la forme d'un épaulement de la virole 4 La portée annulaire 4 c coopère avec le rebord 8 c du bouchon 8 (figures 3 a et 3 b) pour arrêter en transla- tion le bouchon par rapport à la virole et obtenir comme expliqué précédem- ment un serrage convenable des deux pièces une fois l'équilibre des tempé- ratures obtenu. On a représenté sur la figure 4 a un mottage pour l'usinage d'un bou- chon 8, et en particulier pour le calibrage de la collerette 8 c qui permet le positionnement du bouchon par rapport à la virole au moment du montage. Comme c'est le serrage des deux pièces constituant le dispositif de ferme- ture de l'enceinte qui détermine l'étanchéité et la résistance mécanique de cette fermeture, il s'agit d'un paramètre important Il est donc souhaita- ble que ce serrage puisse être maitrisé aussi précisément que possible En raison de la faible conicité ceci peut être réalisé par une tolérance de va- leur habituelle sur la cote de pénétration des portées coniques mâle et fe- melle Le montage d'usinage représenté sur la figure 4 a permet d'obtenir par 6 2531 404 usinage de la colletette, la précision requise pour le serrage. Sur cette figure, la référence 16 désigne les mors d'un tour dans lequel le bouchon 8 est serré Une virole étalon 18 est alors présentée sur le bouchon 8 et fixée/ur ceki -ci. Un outil de dressage 30 comportant un galet, est alors amené en ap- pui sur la face 10 de la virole étalon L'avance de l'outil assure le cali- brage de la collerette du bouchon. La figure 4 b montre le calibrage de la portée annulaire 4 c de la vi- role 4 par la mise en place d'un bouchon étalon 20 présentant une face 20 a pour l'appui d'un galet solidaire de l'outil de dressage 30. Cette façon de procéder, pour le calibrage des bouchons et viroles, à l'aide de pièces étalons autorise l'usinage des portées coniques avec des tolérances diamétrales assez larges, le calibrage assurant l'interchangeabi- lité et évitant l'appairage bouchon-virole, tout en assurant une grande pré- cision sur la valeur du serrage. On a représenté sur la figure 5;un deuxième mode de réalisation deun dispositif de fermeture de l'invention Ce dispositif comporte deux bouchons disposés l'un derrière l'autre On réalise ainsi une étanchéité primaire au moyen du bouchon 8 ' et une étanchéité secondaire au moyen du bouchon 8 ". Dans la variante représentée sur la figure 5, le diamètre de la portée coni- que du bouchon 8 ' va en augmentant lorsqu'on s'éloigne de la collerette 8 'c, ce qui assure une très grande résistance de ce bouchon au déplacement axial, par exemple sous l'effet de chocs provenant par exemple de pièces contenues à l'intérieur de l'enceinte pendant le transport, On a représenté sur la figure 6 un troisième mode de réalisation de l'invention Dans ce mode de réalisation, les portées coniques tant mâle que femelle ont été fractionnées en plusieurs portées coniques 41 t 42, 43 etc. pour la virole 4 et 81, 82, 83 etc pour le bouchon 8 Deux portées coniques consécutives sont séparées par un talon Ainsi, entre les portées coniques 41 et 42, on trouve le talon 31, et entre les portées coniques 81 et 82, on trouve le talon 32. Ce mode de réalisation présente l'avantage de permettre une longueur 1 importante des portées coniques par rapport au diamètre 34 de l'ouverture. Ainsi, le bouchon est plus facile à mettre en place et à retirer tout en as- surant une meilleure étanchéité et une meilleure résistance mécanique En outre, les talons 31 et 32 ont un rôle de sécurité Ils retiennent le bouchon en place au cas o il viendrait à se déplacer, par exemple sous l'effet d'un choc venant de l'intérieur de l'enceinte et dirigé vers l'extérieur. On a représenté sur la figure 7 une variante du mode de réalisation de la figure 6 qui comporte également des portées coniques qui ont été frac: tionnées en plusieurs portées coniques Ce mode de réalisation correspond au cas d'un c 8 ne inverse Il présente les mêmes avantages que le mode de réalisation de la figure 6 En outre, dans ce cas du cône inverse, le fait de réduire le rapport de la longueur des portées par rapport au diamètre de l'ouverture comporte un bénéfice plus important puisque, comme on l'a dit précédemment, il est nécessaire de dilater la collerette ou de contrac- ter davantage le bouchon pour introduire itun dans l'autre en raison de la conicité inverse. Dans le cas du mode de réalisation de la figure 7, les talons ne jouent pas un r 8 le de sécurité comme c'est le cas dans le mode de réalisa- tion de la figure 6, mais ce sont les portées coniques elles-mêmes qui jouent ce r 8 le car la conicité inverse assure une meilleure immobilisation en trans- lation du bouchon par rapport à la virole. Les avantages de l'invention qui vient d'être décrite sont les sui- vants: elle permet, particulièrement dans le cas du c 8 ne droit, une intro- duction aisée du bouchon dans la virole au moment du montage Elle permet d'assurer un serrage déterminé sans nécessiter une grande précision sur la différence de température entre les pièces au moment du montage, grâce à la présence d'une collerette et d'une portée annulaire qui permet de repirer la position axiale des deux pièces lune par rappott à l'autre On assure ainsi la reproductibilité du serrage sans exigences particulières en ce qui concerne la précision des usinages des portées coniques Pour la construction d'une série de dispositifs de fermetures il n'est pas nécessaire dtapairer les cônes. 8 2531404 REVENDICATIONS 1. Procédé de fermeture étanche par un bouchon, d'une enceinte comportant une ouverture, caractérisé en ce que ledit bouchon et ladite ouverture présentent une forme conique, l'une mâle, l'autre femelle de dimensions plus faibles, et de mêmes pentes, en ce qu'on produit thermi- quement une dilatation différentielle entre le bouchon et l'ouverture, de manière à permettre l'introduction du bouchon dans l'ouverture, et en ce qu'on laisse le bouchon et l'ouverture revenir à la même température, l'ex- traction du bouchon étant obtenue en produisant à nouveau une dilatation différentielle de même sens entre bouchon et ouverture. 2 Dispositif de fermeture étanche d'une enceinte ( 2), caractérisé en ce qu'il se compose d'une virole métallique ( 4) et d'un bouchon ( 8) éga- lement métallique, le cqefficient de dilatation de la virole ( 4) étant égal à celui du bouchon ( 8) une portée conique ( 4 a) de faible pente étant réali- sée sur ladite virole ( 4) et une portée conique ( 8 a), complémentaire de cel- le de la virole, étant réalisée sur le bouchon ( 8), la virole et le bouchon constituant une pièce mâle et une pièce femelle et étant assemblés par fret- tage en dilatant par chauffage la pièce femelle et/ou en contractant par re- froidissement la pièce mâle. 3. Dispositif selon la revendication 2,caractérisé en ce que la vi- role ( 4) comporte une portée annulaire ( 4 c) et le bouchon une collerette ( 8 c), ce qui permet un positionnement axial facile du bouchon ( 8) par rap- port à la virole ( 4). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 'et 3, ca- ractérisé en ce que les portées coniques ( 4 a, 8 a) sont fractionnées en une pluralité de cones raccordés par des talons. 5. Procédé de réglage de serrage de la fermeture assurée par le dis- positif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on réalise un usinage de la face de la collerette ( 8 c) en regard avec la portée annulaire ( 4 c) et/ ou celui de cette portée annulaire.