Brevet FR2538877A1 — publié le 19840706

a 877 Bouchon pour tube. La présente invention se rapporte à des bouchons pour tubes et elle concerne plus particulièrement des bouchons pour tubes dont la surface extérieure est revêtue d'un matériau élastomère. Dans les échangeurs de chaleur de type tubulaire, un pre- mier fluide circule dans les tubes de l'échangeur de chaleur tandis qu'un deuxième fluide entoure l'extérieur de ces tubes de manière à permettre un échange de chaleur entre les deux fluides L'un de ces tubes peut devenir occasionnellement défectueux de sorte qu'il se produit une fuite permettant un mélange des fluides Lorsque cet ac- cident survient, on doit parfois obturer le tube afin d'empêcher toute circulation du fluide à l'intérieur du tube pour prévenir les fuites. Dans les centrales nucléaires, les échangeurs de chaleur de type tubulaire sont communément appelés générateurs de vapeur Lors- qu'une détérioration se produit dans les tubes d'un générateur de vapeur de centrale nucléaire, permettant au fluide de refroidisse- ment circulant dans les tubes de se mélanger au fluide de refroidis- sement qui s'écoule à l'extérieur des tubes, des difficultés plus importantes surgissent Cette situation aboutit non seulement à ren- dre un échangeur de chaleur inefficace mais également à un danger de contamination radioactive Du fait que le fluide circulant dans les tubes d'un générateur de vapeur de réacteur nucléaire est générale- ment radioactif, il est important d'empêcher toute fuite de ce flui- de qui viendrait contaminer le fluide entourant les tubes Par con- séquent, lorsqu'une fuite se produit dans un tube échangeur de cha- leur d'un générateur de vapeur de centrale nucléaire, il faut soit obturer ce tube échangeur de chaleur soit le réparer afin d'empêcher toute fuite du fluide de refroidissement et, donc, la contamination du fluide entourant les tubes. Il existe plusieurs procédés bien connus de l'homme de l'art pour réparer les tubes d'échangeur Cependant, plusieurs de ces procédés ne sont pas applicables à la réparation des tubes échangeurs de chaleur dont l'accès est difficile Par exemple, dans un générateur de vapeur de centrale nucléaire, l'absence d'accessi- bilité physique des tubes défectueux de l'échangeur de chaleur et la nature radioactive de l'environnement entourant les tubes échangeurs de chaleur soulèvent des difficultés d'un genre inédit pour la répa- ration des tubes échangeurs de chaleur, difficultés qui n'existent pas normalement dans d'autres échangeurs de chaleur Pour ces rai- sons, on a mis au point des procédés spéciaux de réparation des tu- bes échangeurs de chaleur dans les générateurs de vapeur de centra- les nucléaires De manière caractéristique, on utilise pour réparer un tube échangeur de vapeur dans un générateur de vapeur de centrale nucléaire, un procédé qui consiste à introduire dans le tube défec- tueux un manchon métallique dont le diamètre extérieur est légère- ment inférieur au diamètre intérieur du tube défectueux, et à fixer ce manchon métallique dans le tube défectueux afin de couvrir la ré- gion défectueuse du tube Ce type de procédé de réparation est géné- ralement désigné sous le nom de "manchonnement" Des travaux anté- rieurs de mise au point du manchonnement ont été effectués en vue de réaliser un assemblage relativement étanche du manchon et du tube par brasage, soudage à l'arc, soudage par explosion ou tout autre moyen d'assemblage Du fait que ces techniques de liaison métallur- gique nécessitent un décapage, des emmanchements serrés, l'applica- tion de chaleur et un contrôle de l'atmosphère, elles soulèvent des difficultés qui sont difficiles à résoudre dans des domaines tels que les générateurs de vapeur de centrales nucléaires d'accès humain limité. Il existe également plusieurs genres de bouchons que l'on peut utiliser pour obturer les tubes échangeurs de chaleur Un de ces dispositifs utilisés pour obturer les tubes échangeurs de cha- leur des générateurs de vapeur de centrale nucléaire, est un dispo- sitif d'obturation par explosion Dans ce type de dispositif, un bouchon métallique contenant un explosif est introduit dans le tube échangeur de chaleur Lorsqu'on fait détoner l'explosif, le bouchon est amené de force en contact étroit avec l'intérieur du tube, blo- quant ainsi tout écoulement dans ce tube Un inconvénient associé à cette obturation par explosion réside dans le fait que, s'il est né- 25538877 i cessaire de remplacer le tube défectueux ou le bouchon défectueux, on doit utiliser des procédés mécaniques pour retirer le bouchon placé par explosion, ce qui demande beaucoup de temps. Un autre type de bouchon que l'on peut utiliser pour obtu- rer des tubes échangeurs de chaleur sans faire usage, d'explosifs, est connu sous le nom de bouchon mécanique Cependant, un grand nom- bre de ces bouchons mécaniques présentent des défauts tels qu'une insuffisance d'étanchéité, une difficulté à être retirés du tube, une difficulté de mise en place dans le tube ou la nécessité d'un assemblage sur place. Comme les bouchons pour tubes à utiliser au voisinage d'un réacteur nucléaire doivent pouvoir être facilement mis en place, être étanches et pouvoir être facilement retirés, de nombreux bou- chons connus dans l'art antérieur ne sont généralement pas appro- priés à une utilisation dans les générateurs de vapeur de centrale nucléaire. L'objet principal de la présente invention est donc de fournir un bouchon mécanique qui soit étanche et puisse être rapide- ment et facilement mis en place dans un tube échangeur de chaleur d'un générateur de vapeur de centrale nucléaire, qui est difficile d'accès, afin d'empêcher le passage-du fluide de refroidissement du réacteur dans ce tube. Afin de réaliser cet objet, la présente invention réside en un bouchon pour tube, prévu pour empêcher tout écoulement dans un tube et constitué d'une enveloppe sensiblement cylindrique compor- tant une extrémité fermée en forme de cône et une extrémité ouverte, et formant une cavité intérieure qui peut recevoir, un mécanisme d'expansion de l'enveloppe pour l'amener en contact avec le tube Ce bouchon se caractérise par le fait que l'enveloppe comporte un évi- dement circonférentiel formé sur sa surface extérieure et un maté- riau élastomère est placé dans cet évidement afin de former un joint étanche entre l'enveloppe et le tube lorsque l'enveloppe est amenée par expansion en contact avec le tube. La présente invention sera bien comprise a la lecture de la description suivante faite en relation avec les dessins ci-joints, 2538877. dans lesquels la figure 1 est une vue en coupe du bouchon pour tube; et la figure 2 est une vue en coupe du bouchon pour tube mis en place dans un tube échangeur de chaleur. On se reportera maintenant aux figures 1 et 2 Un généra- teur de vapeur (non représenté) de centrale nucléaire comprend une pluralité de tubes 10 échangeurs de chaleur qui peuvent être des tu- bes en U fixés à chaque extrémité dans une plaque tubulaire 12 Pen- dant le fonctionnement du générateur de vapeur de centrale nucléai- re, le fluide de refroidissement du réacteur s'écoule dans les tubes échangeurs de chaleur de manière à réchauffer le -fluide qui en- toure les tubes 10 Ce dernier fluide est transformé en vapeur pour produire de l'électricité-de manière classique Du fait que le flui- de de refroidissement du réacteur s'écoulant dans les tubes 10 échangeurs de chaleur, a traversé le réacteur, il est radioactif. Par conséquent, il est important que le fluide s'écoulant dans les tubes soit isolé du fluide qui entoure les tubes Lorsqu'une détéri- oration se produit dans un tube 10 échangeur de chaleur, il faut soit obturer soit réparer ce tube afin d'éviter toute fuite du flui- de de refroidissement à travers le tube Si on désire obturer le tu- be 10 échangeur de chaleur, on doit introduire dans ce tube un bou- chon tel qu'un bouchon 14 pour tube et l'amener par expansion en contact avec le tube afin de bloquer tout écoulement dans ce tube 10. Le bouchon 14 pour tube peut comprendre une enveloppe 16 sensiblement cylindrique fabriquée à partir d'un métal tel que l'Inconel, cette enveloppe 16 comportant une extrémité fermée 18 en forme de cône et une extrémité ouverte 20 L'enveloppe 16 comprend également un corps principal 22 qui est sensiblement cylindrique et présente un évidement 24 entourant sa périphérie extérieure, cet évidement pouvant être rempli d'un matériau élastomère 26 Ce maté- riau élastomère 26 est prévu pour augmenter l'étanchéité du joint entre l'enveloppe 16 et la surface intérieure du tube 10 lorsque le bouchon 14 est amené par expansion en contact avec le tube 10. 2538877. L'épaisseur du corps 22 est environ le double de l'épaisseur de la paroi de l'extrémité fermée 18 afin de résister à la force d'expan- sion L'enveloppe 16 forme intérieurement une cavité sensiblement cylindrique 28 dans laquelle on peut introduire un expanseur (non représenté) choisi parmi -ceux qui sont bien connus de l'homme de l'art, tel qu'un expanseur à rouleaux ou un expanseur hydraulique, afin d'amener par expansion l'enveloppe 16 en contact avec le tube 10. Le bouchon 14 pour tube comporte également un collet 30 formé sur l'enveloppe 16 au voisinage de son extrémité ouverte 20 et dont le diamètre extérieur est plus grand que celui de l'enveloppe 16 et celui du tube 10 afin de se trouver en contact avec l'extrémi- té du tube 10 lorsque le bouchon 14 est introduit dans celui-ci Le collet 30 fournit un moyen facile pour assurer l'introduction cor- recte du bouchon 14 dans le tube 10 et pour empêcher que le bouchon 14 ne soit introduit trop profondément dans le tube 10. Le matériau élastomère 26 est choisi pour résister aux tem- pératures élevées, il doit être très élastique et doit conserver cette élasticité pendant une période prolongée de temps à ces tempé- ratures élevées Un tel matériau élastomère 26 peut être un silicone élastomère qui est un caoutchouc liquide vulcanisant à la températu- re ambiante et qui présente une excellente stabilité thermique com- parativement à d'autres caoutchoucs et plastiques Les silicones élastomères de qualité industrielle peuvent être chauffés à des tem- pératures comprises entre 204 OC ( 400 F) et 343 OC ( 650 OF) sans présenter de modifications appréciables de leurs propriétés physi- ques Un type particulier de caoutchouc vulcanisant à la température ambiante, qui peut être utilisé pour constituer le bouchon 14, est le Dow Corning 3120 RTV ou un type équivalent Ces types de caout- choucs vulcanisant à la température ambiante sont des caoutchoucs de base liquides qui deviennent des caoutchoucs de silicones durs et souples lorsqu'ils sont cuits avec un catalyseur ordinaire de vulca- nisation à la température ambiante. L'étanchéité de l'assemblage mécanique d'un tube et d'un bouchon introduit et expansé dans le tube, dépend des contraintes 2538877 * relatives imposées au tube et au bouchon pendant la mise en place de ce dernier En général, il est souhaitable de déformer plastiquement le bouchon et de réaliser un minimum de retour élastique du bouchon à sa forme initiale, tout en obtenant le maximum de retour élastique du tube à sa forme initiale Lorsque le bouchon et le tube sont ex- pansés pendant la mise en place du bouchon, il est donc souhaitable que le tube conserve son élasticité pour établir un contact étroit entre le bouchon et le tube après l'opération d'expansion En prati- que, on peut rencontrer une certaine difficulté à maintenir une élasticité suffisante dans le tube car les propriétés mécaniques de ce dernier peuvent se modifier pendant l'opération d'expansion Une telle situation pourrait résulter d'un effort imposé au tube au delà de sa limite d'élasticité, ce qui pourrait avoir comme conséquence ultérieure de permettre un retour élastique du tube à sa forme ini- tiale qui serait insuffisant pour que l'effort de contraction exercé autour du bouchon puisse former un assemblage étanche Cette di fi- culté est réduite dans la présente invention par l'utilisation d'un matériau élastomère 26 qui fournit des propriétés élastiques supplé- mentaires permettant de maintenir le contact entre le bouchon et le tube En outre, du fait que les assemblages expansés au moyen de rouleaux sont principalement des assemblages à frottement, cette ca- ractéristique augmentera le frottement ou résistance au glissement et aura tendance à augmenter la solidité de l'assemblage expansé au moyen de rouleaux. Lorsqu'on désire obturer un tube 10 d'un générateur de va- peur de centrale nucléaire, on doit d'abord préparer ce tube 10 à l'obturation par un rodage ou un procédé similaire Ensuite, on peut introduire le bouchon 14 dans le tube 10, soit manuellement ou par télémanipulation, jusqu'à ce que le collet 30 soit en contact avec l'extrémité du tube 10 De cette manière, on peut être sûr que le bouchon 14 est correctement mis en place dans le tube 10 Dès que le bouchon est en place, un expanseur à rouleaux ou un expanseur hy- draulique choisi parmi ceux qui sont bien connus de l'homme de l'art, peut être introduit dans la cavité 28 et utilisé pour amener par expansion l'enveloppe 16 en contact avec la surface intérieure du tube 10 L'expansion de l'enveloppe 16 a pour effet de réaliser, par l'intermédiaire du matériau élastomère 26, un joint étanche en- tre la surface intérieure du tube 10 et le bouchon 14 Le matériau élastomère 26 établit un joint étanche mime s'il existe de légères Irrégularités entre l'enveloppe 16 et le tube 10 De cette manière, on peut obturer un tube 10 échangeur de chaleur afin d'empêcher ef- fectivement toute fuite provenant de ce tube à des surpressions su- périeures à 600 kg/cm 2. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de ré- alisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire suscep- tible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. Z 538877 R E V E N D I C A T I O N S 1 Bouchon ( 14) pour tube prévu pour empêcher tout écoulement dans un tube ( 10) et constitué d'une enveloppe sensiblement cylindrique ( 16) comportant une extrémité fermée ( 18) en forme de cône et une extré- mité ouverte ( 20), et formant une cavité intérieure qui peut recevoir un mécanisme d'expansion de cette enveloppe ( 16) pour l'amener en contact avec le tube ( 10), ce bouchon étant caractérisé en ce que l'enveloppe ( 16) comporte un évidement circonférentiel ( 24) formé sur sa surface extérieure et un matériau élastomère ( 26) placé dans cet évidement ( 24) afin de for- mer un joint étanche entre l'enveloppe ( 16) et le tube ( 10) lorsque cette enveloppe ( 16) est amenée par expansion en contact avec le tube ( 10). 2 Bouchon pour tube suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ce matériau élastomère est constitué d'un caoutchouc liquide vulcanisant à la température ambiante. 3 Bouchon pour tube suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ce matériau élastomère est constitué d'un matériau de silicone élastomère. 4.-Bouchon pour tube suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'enveloppe ( 16) est constituée d'Inconel. 5 Bouchon pour tube suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'enveloppe ( 16) comporte un collet ( 30) formé au voisinage de son extrémité ouverte ( 20) afin de limiter l'introduction du bouchon ( 14) dans le tube ( 10) - -6 Bouchon pour tube suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'épaisseur de la paroi de l'extrémité ( 18) en forme de cône, au voisinage de l'endroit o cette extrémité ( 18) en forme de cône rejoint la partie principale de l'enveloppe ( 16), est approximati- vement la moitié de l'épaisseur de la partie principale de cette enveloppe ( 16) à cet endroit.