Brevet FR2558924A1 — publié le 19850802

Dispositif de support d'une tuyauterie dont l'épaisseur est faible par rapport au diamètre L'invention concerne un dispositif de support d'une tuyauterie dont l'épaisseur est faible par rapport au diamètre et dont la température en service est élevée et variable. Dans les réacteurs nucléaires à neutrons rapides, la chaleur pro- duite par le coeur du réacteur est généralement transportée vers les généra- teurs de vapeur par du sodium liquide circulant dans le circuit secondaire du réacteur. Ce sodium est à une température élevée de l'ordre de 500 , cette température étant susceptible de connaître des variations relative- ment importante pendant le fonctionnement du réacteur. Le sodium du circuit secondaire est à une pression faible de l'ordre de quelques bars et circule dans des tuyauteries de grand diamètre dont l'épaisseur est relativement faible par rapport au diamètre. Les tuyauteries de transport du sodium secondaire des réacteurs nucléaires à neutrons rapides ont généralement des diamètres supérieurs à un mètre alors que leur épaisseur n'est que de quelques millimètres et au maximum de 20 millimètres. Ceci permet de diminuer la masse d'acier inoxyda- ble nécessaire pour la fabrication du circuit secondaire qui renferme du so- dium dont la surpression par rapport à la pression atmosphérique est faible et de réduire les contraintes d'origine thermique. Les principales contrain- tes subies par les tuyauteries du circuit secondaire proviennent des chocs thermiques qui peuvent être importants, lors de variations rapides de tempé- rature du sodium liquide. De telles tuyauteries de grand diamètre et de faible épaisseur ont une faible résistance à l'écrasement et peuvent connattre des varia- tions de diamètre importantes résultant des variations de température du so- dium qu'elles transportent. Il en résulte que le supportage de ces tuyaute- ries dans la centrale nucléaire pose un problème technique difficile à ré- soudre. Diverses solutions ont été proposées pour la conception de moyens de support permettant d'absorber les dilatations de la tuyauterie tout en la maintenant efficacement sans créer de contraintes excessives dans sa pa- roi. Par exemple, dans les brevets français 2.443.01.1 et 2.499.202, on a proposé un dispositif de support comportant un collier rigide fixé sur la structure de la centrale entourant la tuyauterie dans sa zone de support. Des moyens de jonction portés par la tuyauterie et le collier rigide respec- tivement permettent le maintien de la tuyauterie dans le collier. Les moyens de jonction portés par le collier comportent une lame flexible qui peut se déformer sous l'effet des dilatations de la tuyauterie, lorsque le sodium chaud circule dans cette tuyauterie. Des moyens de jonction correspondant aux moyens de jonction flexibles portés par le collier rigide sont fixés par soudure sur la surface extérieure de la tuyauterie. Ces pièces de support soudées sont les éléments les plus fragiles du dispositif de sup- port et ces éléments ne peuvent pas être contr8lés pendant que le circuit secondaire est en service. En outre, les opérations de mise en place des dispositifs de support sont compliquées par la nécessité de réaliser des soudures aussi bien sur la tuyauterie que sur le collier rigide. Dans le cas de tuyauteries transportant de l'eau ou de la vapeur sous forte pression, par exemple dans les réacteurs nucléaires à eau sous pression, on a également proposé des dispositifs de support comportant un collier rigide fixé sur la structure du réacteur entourant la tuyauterie en ménageant un espace annulaire entre celle-ci et le collier, un élément com- posite déformable étant intercalé entre le collier et la 'tuyauterie. Cet élément composite déformable est constitué par un assemblage de tubes croi- sés disposés à 90 par lits successifs. Un tel dispositif est destiné à ab- sorber une grande quantité d'énergie, en cas de rupture de la tuyauterie, cette énergie étant absorbée par la déformation irréversible des tubes par écrasement. La quantité d'énergie absorbée doit être très importante pour un débattement faible de la tuyauterie par rapport au collier rigide. Il en résulte que les forces appliquées par l'ensemble déformable sur la tuyaute- rie lorsqu'elle se dilate sont également très importantes. Ces forces ne sont cependant pas susceptibles de déformer la tuyauterie car de tels dispo- sitifs de support sont utilisés pour des tuyauteries de grande épaisseur et de très grande rigidité. Ces dispositifs de support par exemple décrits dans le brevet français 2.362.308 sont donc complexes et inadaptés au cas de tuyauteries de faible épaisseur d'un circuit secondaire d'un réacteur nu- cléaire à neutrons rapides refroidi par du sodium liquide. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de sup- port d'une tuyauterie dont l'épaisseur est faible par rapport au diamètre et dont la température en service est élevée et variable, comportant un col- lier rigide entourant la tuyauterie de façon à ménager un espace annulaire autour de celle-ci, fixé sur l'installation dans laquelle est montée la tuyauterie et un élément annulaire déformable intercalé entre le collier et -2558924 la tuyauterie, ce dispositif de support pouvant être facilement mis en pla- ce et facilement démonté pour son inspection et permettant d'assurer un maintien efficace de la tuyauterie en service sans exercer sur cette tuyau- terie des contraintes excessives. Dans ce but, l'élément annulaire déformable est constitué par au moins deux secteurs annulaires disposés l'un à la suite de l'autre, dans l'espace annulaire autour de la tuyauterie et constitués chacun par: deux tôles enveloppes en forme de portions de cylindre limitées par deux génératrices, de rayons sensiblement égaux respectivement, au rayon externe de la tuyauterie et au rayon interne du collier, disposées coaxialement et parallèles et reliées entre elles le long de leurs génératrices d'extrémi- té, - et une tôle élastique en forme de portion de cylindre dont le rayon est intermédiaire entre les rayons des deux tôles enveloppes disposée coaxiale- ment et parallèlement entre les tôles enveloppes et en appui sur cellesci par l'intermédiaire d'une pluralité de tiges de direction-axiale régulière- ment espacées et placées en quinconce de part et d'autre de.la tôle élasti- que. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décri- re à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux figures jointes en annexe, deux modes de réalisation d'un dispositif de support suivant l'in- vention destiné au supportage d'une tuyauterie secondaire d'un réacteur nu- cléaire à neutrons rapides. La figure 1 est une vue en coupe, par un plan perpendiculaire à l'axe de la tuyauterie, de cette tuyauterie et d'un dispositif de support. La figure 2 est une vue en coupe suivant AA de la figure 1. La figure 3 est une vue suivant F de la figure 2 montrant un des composants en forme de secteur circulaire de l'élément déformable. La figure 4 est une vue en coupe axiale du dispositif de support analogue à la vue en coupe de la figure 2, dans le cas d'une variante de ré- alisation des composants en forme de secteurs circulaires de l'élément dé- formable. La figure 5 est une vue suivant F de la figure 4. La figure 6 est une vue de dessus du dispositif depuis sa partie interne, montrant en écorché les différentes tôles constituant le disposi- tif. Sur la figure 1, on voit la tuyauterie 1 entourée par le manchon 2 qui lui est coaxial et qui ménage entre la surface extérieure de la tuyau- terie 1 et sa surface intérieure un espace annulaire. Le collier 3 est cons- titué par deux demi-colliers 3a et 3b assemblés grâce à des pattes 2a et 2b. Le collier 3 est fixé sur la structure du réacteur nucléaire dont la tuyauterie 1 constitue une tuyauterie secondaire, par l'intermédiaire des plaques de fixation 2a, 2b et 4, par boulonnage ou ancrage suivant un procé- dé connu. Le collier 3 est constitué par une tôle d'épaisseur suffisante pour lui assurer une grande rigidité. Sous l'effet des forces mises en jeu par la dilatation de la tuyauterie 1, le collier rigide 3 ne subit donc au- cune déformation notable. Dans l'espace annulaire ménagé entre la tuyauterie 1 et le col- lier 3, est intercalé un élément annulaire déformable 6 constitué par trois secteurs 6a, 6b et 6c disposés les uns à la suite des autres et occupant chacun une zone angulaire de 120 . L'élément déformable 6 permet d'accommo- der des -déformations radiales de la tuyauterie 1 sous l'effet des varia- tions de température du sodium circulant dans la tuyauterie-I. On va décrire l'un des secteurs annulaires 6a, 6b et 6c en se ré- férant aux figures 2 et 3. Chacun des secteurs annulaires est constitué par deux tôles enve- loppes 7 et 8 en forme de portions de cylindre ayant sensiblement pour lon- gueur la longueur du collier 3, dans le sens axial de la tuyauterie 1, et limitées par deux génératrices au voisinage desquelles les deux tôles enve- loppes 7 et 8 sont reliées par exemple par agrafage ou par soudage. Sur la figure 3, on voit les extrémités 7a et 8a des enveloppes 7 et 8 respective- ment qui ont été repliées pour venir s'engager l'une dans l'autre pour leur assemblage. La tôle enveloppe 7 qui est disposée du côté de la tuyauterie 1 est d'une plus grande épaisseur et d'une plus grande rigidité que la tôle 8 qui est disposée du côté du collier rigide 3. En effet, la rigidité de la tôle 7 permet d'éviter une déformation permanente de la tuyauterie 1 lors de sa dilatation sous l'effet de la température du sodium. La tôle enveloppe 7 a sensiblement comme rayon le rayon externe de la tuyauterie 1 alors que l'enveloppe 8 a un rayon qui est sensiblement égal au rayon interne du collier 3. Les secteurs annulaires constituant des composants de l'élément déformable 6 comportent également, comme il est visible aux figures 2 et 3, une paroi intermédiaire 10 constituée par une portion de cylindre dont le rayon est intermédiaire entre les rayons des tôles enveloppes 7 et 8. Cette paroi 10 est constituée par une tôle élastique en appui sur les tôles enve- loppes 7 et 8 par l'intermédiaire de tiges Il et 12 respectivement. Le collier rigide 3, les tôles enveloppes 7 et 8, la tôle élasti- que 10 et les tiges 11 et 12 ont sensiblement la même longueur dans la di- rection axiale. Les tiges 11 et 12 ayant même diamètre, la tôle élastique 10 est placée sensiblement à égale distance des tôles enveloppes 7, 8 et son rayon est sensiblement égal à la demi-somme des rayons des tôles enve- loppes 7 et 8. Les génératrices de contact des tiges 11 et 12 avec la tôle élas- tique 10 sont sensiblement équidistantes et les points de contact des tiges 11 et 12 respectivement avec la tôle élastique 10 sont disposés en quincon- ce de part et d'autre de cette tôle élastique 10. Comme il est visible sur la figure 2, les extrémités des tiges 11 et 12 sont recourbées de façon à être engagées dans des trous 15 ménagés dans la tôle élastique 10, dans une partie de cette tôle qui vient en sail- lie dans la direction axiale par rapport au collier 3 et aux toles envelop- pes 7 et 8. Les tiges 11 s'engagent dans un premier ensemble de trous 15 équidistants grâce à leur courbure vers le bas et les tiges 12 s'engagent dans un second ensemble de trous 15 également équidistants et intercalés par rapport au premier ensemble de trous 15, grâce à leur courbure dirigée vers le haut. De cette façon, les tiges 11 et 12 sont maintenues à chacune de leurs extrémités par rapport à la tôle élastique 10. Le maintien de l'ensem- ble constitué par la tôle élastique 10 et les deux ensembles de tiges 11 et 12 à l'intérieur des tôles enveloppes 7 et 8 peut être assuré uniquement par le serrage au moment du montage du dispositif, lorsque les extrémités des tôles enveloppes 7 et 8 sont assemblées ou par quelques points de soudu- re entre les tiges et les tôles enveloppes 7 et 8. Une couche isolante en feutre de fibres réfractaires 14 est inter- calée entre la tôle enveloppe 7 et la tuyauterie 1, ce qui permet d'isoler la tuyauterie de la tôle 7. Lorsque la tuyauterie 1 se dilate, par exemple lors de sa mise en service, lorsque le sodium liquide commence à circuler dans cette tuyaute- rie, il se produit une déformation radiale de la tuyauterie 1 qui vient ap- puyer sur l'élément déformable en trois parties 6. La déformation radiale de la tuyauterie 1 est transmise à l'élément déformable par la tôle envelop- pe rigide 7 qui produit un déplacement radial de l'ensemble des tiges 11. Les tiges 11 par déplacement radial déforment la tôle élastique 10 qui est en appui de chaque côté de chacune des tiges 11, sur deux tiges 12 elles- mêmes en appui sur la tôle enveloppe 8 maintenue contre le collier rigide 3. Toute la déformation est donc absorbée par la flexion de la tôle 10 au niveau des tiges 11, entre les appuis constitués par les tiges 12. Par élasticité, la tôle 10 exerce des forces radiales dirigées vers l'intérieur sur la tôle enveloppe 7 et sur la tuyauterie 1 mais ces forces assurant le maintien et le centrage de la tuyauterie 1 dans le col- lier rigide 3 sont relativement faibles et de toutes façon insuffisantes pour produire une déformation de la paroi de la tuyauterie 1 dont l'épais- seur et la rigidité sont très supérieures à l'épaisseur et à la rigidité de la tôle élastique 10. Les composants en forme de secteurs circulaires 6a, 6b et 6c sont dimensionnés de façon qu'il est possible de les introduire dans l'espace an- nulaire entre la tuyauterie 1 et le collier rigide 3 sans effort, lorsque la tuyauterie 1 est à la température ambiante et que les deux demicolliers rigides sont desserrés. Le montage et le démontage des éléments déformables 6 ne posent donc aucun problème et peuvent être réalisées très rapidement, lorsque le circuit secondaire du réacteur nucléaire n'est pas en service. On peut ainsi vérifier ou remplacer très facilement un composant déformable défaillant. Dans le cas o l'on veut assurer une fixation efficace des compo- sants déformables dans l'espace annulaire entre la tuyauterie et le collier rigide, que la tuyauterie 1 soit en service ou hors service, on pourra re- courir au mode de réalisation de ces composants représentés sur les figures 4, 5 et 6. Sur ces figures on a attribué aux éléments correspondant à ceux représentés sur les figures 2 et 3 les mêmes repères. Dans le mode de réalisation représenté aux figures 4, 5 et 6, la tôle enveloppe extérieure 8 est saillante de chaque côté du collier rigide 3 de la même façon que la tôle élastique 10. La tôle élastique 10 ne compor- te qu'un seul jeu de trous 16 pour l'engagement des extrémités recourbées vers le bas des tiges d'appui 11. Une partie saillante par rapport au collier rigide 3 de la tôle enveloppe 8 comporte des découpes en créneaux 18 dont une sur deux (18a) est maintenue droite, la seconde 18b étant repliée à 90 vers le bas. Des trous 17 sont prévus dans les parties 18a, ces parties 18a et les trous 17 étant intercalés en quinconce entre les trous 16 de la tôle élastique 10. De cette façon les trous 17 peuvent recevoir les extrémités recourbées vers le bas des tiges 12. Les parties 18b ne sont recourbées pour la fixation axiale de l'é- lément déformable sur le collier 3 qu'après l'engagement de cet élément dé- formable dans l'espace annulaire entre la tuyauterie 1 et le collier 3. De la même façon, les extrémités recourbées des tiges 12 ne sont introduites dans les trous 17 qu'après qu'on ait placé les éléments déformables dans l'espace annulaire. L'avantage du dispositif représenté aux figures 4, 5 et 6 est que l'élément déformable 6 est parfaitement maintenu à l'intérieur du collier rigide 3. L'inconvénient de ce dispositif est cependant que son démontage pour vérification ou remplacement est moins facile à réaliser que pour le dispositif représenté aux figures 2 et 3. On voit que les principaux avantages du dispositif de support sui- vant l'invention sont que ce dispositif réalise un parfait maintien et un parfait centrage de la tuyauterie dans le collier rigide sans que des for- ces excessives soient exercées sur la tuyauterie et que la mise en place et le démontage de ce dispositif peuvent être réalisés simplement et rapide- ment pour la vérification ou pour le remplacement d'un de ses composants. Le dispositif de support suivant l'invention est également facile à réali- ser et d'un faible coot. Le réglage de ses performances peut être obtenu en choisissant et en ajustant l'épaisseur de la tale élastique et le diamètre et le pas des deux jeux de tiges d'appui. Dans le cas d'une tuyauterie d'un diamètre voisin de un mètre, on peut choisir des tiges circulaires dont le diamètre est compris entre 6 et 8 mm disposées avec un pas compris entre 15 et 20 mm et une tôle en acier élastique ayant une épaisseur un peu inférieure à 5 mm. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vient d'être décrit; elle en comporte au contraire toutes les variantes. C'est ainsi qu'au lieu de trois secteurs annulaires à 120 on peut utiliser deux secteurs à 180 ou encore quatre secteurs à 90 . On peut réaliser l'assemblage des extrémités des t8les enveloppes autrement que par agrafage ou par soudage. La fixation provisoire ou défini- tive des divers éléments constituant les secteurs annulaires déformables peut être réalisée par d'autres moyens que l'engagement des tiges dans des trous, le serrage mécanique ou le soudage par points. Enfin le dispositif de support suivant l'invention s'applique dans tous les cas o l'on veut supporter des tuyauteries dont l'épaisseur est faible par rapport à leur diamètre et qui peuvent être amenées à subir des températures variables entrainant des dilatations radiales de plus ou 2'558924 moins grande amplitude. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de support d'une tuyauterie dont l'épaisseur est faible par rapport au diamètre et dont la température en service est élevée et variable comportant un collier rigide (3) entourant la tuyauterie (1) de façon à ménager un espace annulaire autour de celle-ci, fixé sur l'installa- tion dans laquelle est montée la tuyauterie (1) et un élément annulaire dé- formable (6) intercalé entre le collier (3) et la tuyauterie (1), caractérisé par le fait que l'élément annulaire déformable (6) est consti- tué par au moins deux secteurs annulaires (6a, 6b, 6c) disposés l'un à la suite de l'autre dans l'espace annulaire autour de la tuyauterie (1) et constitués chacun par: - deux tôles enveloppes (7, 8) en forme de portions de cylindre limitées par deux génératrices, de rayons sensiblement égaux respectivement, au rayon externe de la tuyauterie (1) et au rayon interne du collier (3), dis- posées coaxialement et parallèlement et reliées entre elles le long de leurs génératrices d'extrémité, -. - et une tôle élastique (10) en forme de portion de cylindre dont le rayon est intermédiaire entre les rayons des deux tôles enveloppes (7, 8) dispo- sée coaxialement et parallèlement entre les tôles enveloppes (7, 8) et en appui sur celles-ci par l'intermédiaire d'une pluralité de tiges (11, 12) de direction axiale régulièrement espacées et placées en quinconce de part et d'autre de la tôle élastique (10). 2.- Dispositif de support suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les extrémités des tiges (11, 12) sont recour- bées et engagées dans des trous (15) ménagés dans des parties de la tôle élastique (10) saillantes par rapport au collier rigide (3), à chacune de ses extrémités axiales. 3.- Dispositif de support suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la tôle enveloppe (8) à plus grand rayon située vers le collier rigide (3) est saillante à chacune de ses extrémités axia- les par rapport au collier rigide (3) et comporte dans ses parties saillan- tes des découpes en créneaux (18) dont une sur deux (18a) maintenue droite comporte un trou (17) pour l'engagement de l'extrémité d'une tige (12), les autres découpes (18b) étant recourbées à 90 vers le collier (3) pour le maintien de l'élément déformable (6) à l'intérieur de celui-ci, la tôle élastique (10) comportant des trous (16) pour l'engagement des ex- trémités recourbées des tiges (11) en contact avec la face de la tôle élas- tique (10) opposée à la tôle enveloppe (8), les trous (16) étant disposés en quinconce par rapport aux trous (17) d'engagement des extrémités des tiges (12) en contact avec la face de la tôle élastique (10) situé du c8té de la tôle enveloppe (8).