Brevet FR2536315A1 — publié le 19840525

La présente invention concerne un appareil permettant de réaliser par explosion un joint entre un tube et une nappe de tubes et a trai natamment O un tel appareil utilisant un explosif situé dans le tube à dilater. De nombreux échangeurs de chaleur courants font appel à une pluralité de tubes d'échange de chaleur disposés dans une nappe de tubes et aptes à recevoir un fluide primaire qui traverse les tubes pour effectuer un échange de calories avec un fluide secon- daire circulant sur les tubes. On a mis au point diverses techniques destinées à fixer les tubes dans la nappe de tubes Par exemple, les tubes ont été di- latés par voie mécanique dans les nappes de tubes à l'aide d'un mandrin ou analogue, ou par laminage, c'est-à-dire en appliquant une force radiale dirigée vers l'extérieur sur toute la surface des tubes Toutefois, ces techniques présentent divers inconvé- nients tels que la déformation locale du métal, un allongement général des tubes et l'application de contraintes axiales sur la soudure du tube et des efforts de compression dans la paroi du tube. Pour surmonter ces inconvénients, on a mis au point une technique permettant de réaliser les tubes à l'intérieur de la nappe de tubes par explosion Selon cette technique, on dispose une charge explosive dans la région o les tubes et la nappe de tubes se recouvrent et on l'entoure par un organe de transmisçsïon. d'effort qui, lors de la détonation de la charge explosive, assure une dilatation uniforme du tube pour le plaquer contre la. paroi intérieure de la nappe de tubes. Un des explosifs les plus utilisés pour ce type; d' envîranne- ment est ce qu'on appelle un cordon de détonation se présentant sous forme d'amorce à effet explosif élevé se composanti d'un tube de tissu renforcé par des enroulements de fibres e-t de matière plastique ou de métal, et qui peut être imprégné d'asphalte et de cire et rempli d'un noyau d'un explosif de forte puissance, tel que le tétranitrate de pentaérythritol (PETN) Cette amorce explosive est suffisante pour dilater de manière adéquate les tubes à l'intérieur des nappes dé tubes dans ce type d'applica- tion mais présente l'inconvénient de générer une quantité relati- vement importante de débris et de gaz Du fait que la pratique commune est de disposer l'amorce explosive à l'extérieur des tubes jusqu'à un détonateur ou analogue situé extérieurement, on peut concevoir aisément que les débris et les gaz sont inaccepta- bles pour de nombreuses applications industrielles, et non la moindre étant celle du travail de dilatation par explosion d'échangeurs de chaleur nucléaire. En conséquence, un but de la présente invention est de réa- liser un appareil permettant de fixer un tube à l'intérieur d'une nappe de tubes, pour lequel le tube est réalisé par explosion à l'intérieur de la nappe de tubes tout en évitant les inconvé- nients précités O Un but plus précis de la présente invention est de réaliser un appareil du type précité dans lequel les tubes sont dilatés de la manière précitée sans entraîner la production de débris et de gaz. Un autre but de l'invention est de réaliser un appareil du type ci-dessus dans lequel on place une amorce explosive primaire a l'intérieur du tube et on la raccorde au détonateur par un - cordon de transfert d'énergie qui contient un nombre relativement faible de grains par mètre d'explosif et qui est entouré d'une gaine qui contient les produits de combustion. Un autre but de la présente invention est de réaliser un appareil du type précité dans lequel une unité à charge supplé- mentaire est disposée entre l'amorce explosive primaire dans les tubes et les cordons de transfert d'énergie. Pour atteindre ces buts et d'autres, conformément à l'inven- tion, un explosif primaire contenant un nombre de grains relati- vement élevé d'explosif par unité de longueur est disposé dans chaque tube sut la portion de tube devant être dilatée Un cordon de transfert d'énergie s'étend entre un détonateur et l'explosif primaire et comprend un nombre relativement faible de grains d'explosif par unité de longueur Une gaine recouvre ces derniers qrains d'explosif et est réalisée et disposée de façon à contenir les débris et les gaz associés à l'explosion de ces derniers / I /-J 25363 1 5 grains d'explosif Du fait que l'explosif associé au cordon de transfert d'énergie est insuffisant pour faire exploser l'explo- sif primaire, une charge supplémentaire s'étend entre le cordon de transfert d'énergie et l'explosif primaire, cette charge supplémentaire pouvant être détonée par le cordon de transfert d'énergie et servantà faire exploser l'explosif primaire. Une forme d'exécution de la présente invention est décrite ci-après à titre d'exemple, en, référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue longitudinale en coupe transversa- le d'une interface tube nappe de tubes comprenant l'appareil de la présente invention la figure 2 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 2-2 de la figure 1 la figure 3 est une vue partielle, analogue à celle de la figure -1, mais représentant une variante de réalisation de la présente invention; et la figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 1 mais représente une autre variante de réalisation de l'invention. En se référant à la figure 1 des dessins le numéro de réfé- rence 10 désigne globalement une nappe de tubes pouvant faire partie d'un échangeur de chaleur comprenant une pluralité de: tubes d'échange de chaleur, dont un est désigné par le numéro de référence'12 Chaque tube 12 s'étend à l'intérieur d'un passage correspondant réalisé à l'intérieur de la nappe de tubes 10, une extrémité de chacun des tubes étant à fleur de l'extrémité de la nappe de tubes tandis que l'autre extrémité dépasse l'autre ex- trémité de la nappe de tubes. Le diamètre extérieur du tube 12 est légèrement inférieur au diam-ètre intérieur du passage de la nappe de tubes et le tube peut être solidarisé de la nappe de tubes 10 par une soud'ure annulaire i 4 qui fixe l'extrémité affleurée du tube à la portion de l'extrémité correspondante de la nappe de tubes Seule une partie du tube 12 est représentée pour la clarté, l'échangeur de chaleur comprenant en outre, bien entendu, une enveloppe entou- 253631 5 rant la nappe de tubes et comprenant des entrées et des sorties appropriées d'un fluide d'échange de ch-aleur primaire et d'un fluide d'échange de chaleur secondaire Selon un agencement typi- que de ce type, les tubes 12 pourraient avoir la forme d'un U, les deux extrémités de chaque tube traversant la nappe de tubes et l'échangeur de chaleur comprenant une cloison ou analogue. Le fluide d'échange de chaleur primaire pénètrerait dans les tubes 12 par une extrémité depuis une zone située à gauche de la nappe de tubes 12 comme on la voit sur la figure 1, traverserait les tubes pour effectuer un échange de calories avec le fluide secondaire circulant dans l'enveloppe au-dessus de la nappe de tubeset sortirait par les autres extrémités des tubes pour gagner la zone située au-dessous de la nappe de tube Q. Le tube 12 est représenté sur la figure 1 comme étant à l'intérieur de la nappe de tubeslf, avant d'être fixé par explo- sion à l'intérieur de la nappe de tubes, avec l'appareil conforme à la présente invention pour effectuer la réalisation par explo- sion Cet appareil comprend une pièce rapportée, désignée globa- lement par le numéro de référence 18, qui s'étend à l'intérieur du tube 12 et se compose d'un organe de transmission de force sensiblement tubulaire 20 et un organe explosif central 22 dispo- sé à l'intérieur de l'organe tubulaire L'organe tubulaire 20 a un diamètre extérieur légèrement inférieur au diamètre intérieur du tube 12 et un épaulement 23 est réalisé à l'extrémité de l'organe tubulaire pour entrer en-contact avec la soudure 14 pour positionner l'organe tubulaire 20, et par conséquent la pièce rapportée entière 18, avec précision à l'intérieur du tube 12. Les longueurs des organes 20 et 22 sont telles que, lorsqu'ils sont placés à l'intérieur du tube comme représenté, ils s'éten- dent sensiblement sur la zone -de recouvrement-entre le tube 12 et la'nappe de tubes 10. L'organe explosif 22 s'étend sur toute la longueur du tube et les grains d'explosif qu'il contient sont disposés de manière uniforme le long de son axe. Un détonateur 24 est prévu à l'extérieur de la nappe de tubes 10 et des tubes 12 et contient un-explosif primaire très sensible qui détone aisément lors de son allumage par une amorce, on detonateur électrique ou analogue, de manière connue. Un cordon de transfert d'énergie 26 relie le détonateur 24 et la pièce rapportée 18 Comme on le voit au mieux sur la figure 2, le cordon de transfert d'énergie 26 comprend un noyau central 28 qui contient un nombre relativement faible de grains d'explo- sif, entourés d'un'e gaine 30, de préférence en une matière plastique, Les dimensions relatives de la gaine par rapport au poteniiel explosif de l'explosif contenu dans le noyau 28 sont telles que la gaine contient les débris et les gaz résultant de l'explosion, comme on le décrit avec plus de détail ci-après. En se référant encore à la figure 1, un alésage 32 est réa- lisé dans l'organe 20 pour recevoir une charge supplémentaire 34, la surface extérieure de la charge supplémentaire 34 étant ' fleur de l'organe 20 et étant reliée à l'autre extrémité au cordon de transfert d'énergie 26. Bien que cela n'est pas représenté sur les dessins, l'autre extrémité de la charge supplémentaire 34 est creusée d'une cavité relativement petite dans laquelle on dispose un explosif,, la charge supplémentaire étant positionnée de façon que l'explosif ne sorte pas de l'emplacement axial de la nappe de tubes 10 Il est 'i noter que l'extrémité correspondante de l'organe explosif 22 est située à une très faible distance de cette dernière por- tion d'extrémité de la charge supplémentaire 34 La charge supplémentaire 34 est allumée par le cordon-de transfert d'é"ner- gie 26 qui, à son tour, allume l'organe explosif 22 pour assurer la dilatation du tube 12 de la maniè-re décrite ci-dessus La charge supplémentaire 34 est nécessaire parce que, pour contenir effectivement les débris et les gaz résultant de la détonation du cordon de transfert d'énergie 26, la quantité d',"explosif contenue dans ce cordon doit être maintenue inférieure à celle nécessaire b la détonation directe de l'organe explosif 22. Cet agencement assure par conséquent un avantage important par rapport aux agencements de l'art antérieur danslesquels une amorce explosive primaire sortait du tube pour être raccordée directement au détonateur, parce que l'explosion d'une telle amorce aurait pour conséquence la génération de débris et de gaz qui sont inacceptables dans de nombreuses applications indus- trielles Conformément à la présente invention, grâce au cordon de transfert d'énergie 26 qui contient un nombre relativement faible de grains d'explosif, les débris et les gaz peuvent être retenus à l'intérieur de la gaine 38 éliminant de ce fait ce pro- blème, Les modes de réalisation des figures 3 et 4 sont analogues à celui de la figure 1 et les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence Selon le mode de réalisation de la figure 3, une portion de la charge supplémentaire 34 pénètre dans l'alé- sage 32 et la portion restante fait saillie de cet alésage 32, comme on le voit Dans ce mode de réalisation, l'organe explosif 22 s'étend à une faible distance par rapport à l'extrémité correspondante de la charge supplémentaire 34. Le mode de réalisation de la figure 4 est conçu pour des applications particulières pour lesquelles on recherche une dila- tation sélective du tube 12 e Dans cet exemple particulier, on suppose que l'on ne veut faire dilater la portion du tube 12 s'étendant de l'extrémité de la nappe de tubes jusqu'à une dis- tance assez significative de l'intérieur de la nappe de tubes. Selon ce mode de réalisation, l'alésage 32 s'étend sur une dis- tance correspondant a la portion du tube qui ne doit pas subir une dilatation, et la charge supplémentaire 34 est disposée dans cet alésage 32, comme représenté L'organe explosif 22 s'étend à une certaine faible distance de l'extrémité correspondante de la charge supplémentaire 34, comme dans les autres modes de réalisa- tion et, sous d'autres aspects, les autres éléments sont identi- ques. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent -être apportées à l'appareil décrit et représenté sans pour autant sortir du cadre de l'invention Par exemple, les matériaux utili- sés, y compris le nombre et le type d'explosif pour les divers éléments peuvent varier toujours dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Appareil pour dilater un tube dans un passage réalisé dans une nappe de tubes ( 10), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens explosifs primaires ( 22) contenant un nombre relative- ment élevé de grains d'explosif par unité de longueur et s'éten- dant à l'intérieur du tube ( 12) sur la portion du tube devant être dilatée; des moyens détonateurs ( 24) disposés extérieure- ment du tube; un cordon de transfert d'énergie ( 26) s'étendant entre les moyens détonateurs ( 24) et lesdits moyens explosifs primaires 9 ledit cordon de-transfert d'énergie ( 26) comprenant un nombre relativement faible de grains d'explosifs par unité de longueur qui sont insuffisants pour -détoner lesdits moyens explo- sifs primaires ( 22)ó et une gaine ( 30) recouvrant ces derniers grains d'explosif, et réalisés et disposés de fagon à contenir les débris et les gaz associés à l'explosion de ces derniers grains d'explosif; et une charge supplémentaire ( 34) s'étendant entre le cordon de transfert d'énergie ( 26) et lesdits moyens explosifs primaires ( 22), cette'charge supplémentaire ( 34) conte- nant un explosif pouvant être détoné par le cordon de transfert d'énergie et, lors de son explosion, étant suffisante pour détoner les moyens explosifs primaires O 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ee qu'il comprend en outre un organe annulaire de transmission de force ( 20) s'étendant-entre les moyens explosifs primaires ( 22) et ledit tube ( 12) pour transférer audit tube l'énergie résultant de l'explosion desdits moyens explosifs primaires. 3 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce ( qu'un alésage ( 32) est formé dans l'organe de transmission de force ( 20) à proximité d'une de ses extrémités, la charge supplé- mentaire ( 34) étant disposée au moins partiellement dans cet alésage ( 32) et en-contact avec frottement avec Ta paroi de l'organe de transmission de force ( 20) délimitant l'alésage. 4 Appareil selon la revendication 3, caractérisé en-ce que la charge supplémentaire ( 34) est disposée entièrement à l'inté- rieur de l'alésage ( 32) et est à fleur de l'extrémité de l'organe de transmission de force ( 20). Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une portion de la charge supplémentaire ( 34) s'étend à l'inté- rieur de l'alésage ( 32) et une portion fait saillie dudit alésa- ge. 6 Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la charge supplémentaire ( 34) s'étend entièrement à l'intérieur de l'alésage ( 32) à une certaine distance d'une extrémité dudit organe de transmission de force. 7 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que I 1 la charge supplémentaire ( 34) est raccordée par une extrémité audit cordon de transfert d'énergie ( 36) tandis que son autre extrémité s'étend à une certaine faible distance desdits moyens explosifs primaires.