Brevet FR2560656A1 — publié le 19850906

La présente invention se rapporte à une structure de joint pour une canalisation de fluide, utilisable dans des centrales nucléaires, des installations de radio-isoto- pe, des bassins de stockage de combustible usé ou des équi- pements analogues. D'une manière générale, on utilise des canalisa- tions pour divers fluides, par exemple dans le caisson de réacteur nucléaire d'une centrale nucléaire, dans des ins- tallations de radio-isotope ou des bassins de stockage de combustible usé, etc. Comme une telle canalisation est com- plexe et doit être installée dans un espace limité, il faut utiliser de nombreux joints. Ces joints de canalisation doi- vent être inspectés et manipulés à distance. Dans l'environ- nement radio-actif d'une centrale nucléaire, l'entretien systématique des joints, la surveillance des fuites, l'ins- pection des dommages en cas de séisme et de réaction aux contraintes thermiques doivent tous être effectués à dis- tance. Les joints usuels à assemblage à distance sont de structure rigide et comportent des boulons et des écrous ou des moyens similaires, tandis que la surveillance des fuites est effectuée par inspection visuelle régulière ou non et directe ou indirecte. Par conséquent, l'entretien et l'inspection des joints d'une canalisation comportant de nombreux coudes et des structures compliquées, comme dé- crit plus haut, sont des opérations difficiles et sujettes à des erreurs lorsqu'elles sont exécutées à distance. Cela a pour inconvénient que les joints peuvent se desserrer et fuir, à la suite d'un séisme. En outre, la fuite est con- trôlée de façon intermittente et parfois indirectement. Une fuite peut donc n'être détectée qu'un certain temps apres qu'elle ait commencé. Il est évident qu'une fuite présente des risques graves dans les centrales nucléaires, à la fois en ce qui concerne la sécurité et l'économie. De plus, la structure &605& rigide et sans flexibilité des joints usuels risque da- vantage de se desserrer et de fuir lorsque les joints sont soumis à des séismes ou à des contraintes thermiques. Il en résulte donc qu'une fuite grave peut se produire. La présente invention a pour objet un joint per- fectionné à assemblage à distance qui évite les inconvé- nients techniques des joints à assemblage à distance sui- vant l'art antérieur, décrits ci-dessus, pour les canalisa- tions de centrales nucléaires. L'invention a également pour objet un joint à assemblage à distance qui permet la jonction facile d'élé- ments de canalisation, de sorte que l'inspection et la ma- nipulation à distance peuvent être effectuées facilement et de façon sûre. L'invention permet également d'augmenter le jeu entre les extrémités des tubes,de sorte que les joints risquent moins d'être endommagés par des séismes ou des contraintes thermiques, elle permet d'obtenir une étanchéi- té souple de sorte que les fuites peuvent être complètement évitées et elle permet une surveillance constante, ce qui améliore l'économie, la fiabilité et la sécurité à un degré important,dans les domaines d'emploi de l'énergie nucléaire industrielle. Conformément à l'invention, on obtient un joint à assemblage à distance dans lequel une extrémité de tube male et une extrémité de tube femelle sont raccordées de façon séparable par l'intermédiaire de garnitures d'étan- chéité, ledit joint étant caractérisé en ce que les garni- tures sont disposées en plusieurs étages dans la direction axiale et en ce qu'un passage relié à un dispositif de con- tr8le est prévu entre les garnitures adjacentes. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description de ses formes de réalisation, non limitati- ves, représentées sur les dessins annexés dans lesquels: Fig. 1 est une vue de côté, avec coupe partielle, d'un mode préféré de réalisation de l'invention; Fig. 2 est une coupe d'une garniture d'étanchéité gonflable, en position de repos; Fig. 3 est une coupe de la garniture gonflable dans sa position active d'étanchéité sous pression; Fig. 4 est une vue de face d'un dispositif de blocage relié à une bride; Fig. 5 est une vue de face du dispositif de blo- cage,illustrant la façon dont ce dispositif bloque les bri- des; Fig. 6 est une coupe longitudinale du dispositif de blocage, illustrant la façon dont il bloque les brides; et Fig. 7 est une vue de côté d'un exemple pratique d'utilisation du dispositif conforme a l'invention. On décrit ci-après un mode de réalisation de l'in- vention, avec rérérence aux dessins. La figure 1 illustre le principe de base d'un joint 1 conforme à l'invention, qui est utilisé pour assem- bler des éléments de canalisation dans des bassins de sto- ckage de combustible usé ou des équipements similaires,dans des installations radio-actives de centrales nucléaires. Une extrémité de tube male 2, constituant une partie du joint, comporte une bride solidaire 3, à une position pré- déterminée, et un cône de guidage 4 prévu à son extrémité, l'ensemble ne nécessitant pratiquement pas d'entretien ou d'inspection. Une extrémité de tube femelle 6 comporte égale- ment un cône de guidage 7 prévu pour recevoir le cône de guidage 4 formé à l'extrémité du tube male 2. Une bride 8, qui vient en contact avec la bride 3 de l'extrémité de tube mâle 2, est formée solidairement à l'extrémité arrière de l'extrémité de tube femelle 6,de manière à s'étendre laté- ralement. Deux logements annulaires 9 sont ménagés vers l'intérieur, à une distance prédéterminée entre la bride 8 et le cône de guidage 7. Des garnitures d'étanchéité gon- fiables 10 en caoutchouc sont placées dans ces logements et elles sont reliées à une source 12 d'air comprimé, par l'intermédiaire de tubulures 11. Comme représenté sur les figures 2 et 3, les garnitures 10 sont gonflées par l'air comprimé venant de la source 12, respectivement, et elles viennent en contact étanche sous pression avec la surface latérale extérieure de l'extrémité de tube male 2, tout en maintenant un jeu voulu 13 entre l'extrémité de tube male 2 et l'extrémité de tube femelle 6. Une tubulure de contrôle 14, qui débouche dans le jeu 13 et communique avec celui-ci, est prévue entre les logements annulaires 9 et elle est raccordée à une source 16 de gaz inerte,par une conduite 15. Une autre tubulure de contrôle 14',qui débouche dans le jeu 13 et communique avec celui-ci du côté opposé à la tubulure de contrôle 14, est reliée de façon appropriée à un détecteur de surveillance 17. Deux agrafes extérieures semi-circulaires 19, ayant chacune une section transversale en U,sont fixées à une partie de la bride 3 de l'extrémité de tube male 2, par des axes 18,comme représenté sur les figures 4 et 5. Elles servent de dispositif de blocage et elles sont pré- vues de façon à bloquer ensemble la bride 3 de l'extrémité de tube male 2 et la bride 8 de l'extrémité de tube femelle 6, du côté extérieur et de part.et d'autre de leurs parties périphériques extérieures. En outre, alors que le mouvement relatif des brides 3 et 8 dans la direction axiale est im- possible, un enclenchement à bille 21, ajusté librement dans un trou 20 comportant une partie conique dans le sens avant-arrière, est poussé dans un logement conique 22 mé- nagé dans la face d'extrémité de la bride 8 de l'extrémité de tube femelle 7, comme représenté sur la figure 6, de fa- çon à empêcher l'extrémité de tube male 2 et l'extrémité de tube femelle 7 de coulisser dans la direction axiale et de façon à empêcher en même temps leurs mouvements relatifs dans la direction circonférentielle. Lorsqu'on raccorde deux éléments de canalisation par assemblage à distance de leur joint construit comme dé- crit ci-dessus, le cône de guidage 4 formé à l'extrémité du tube male 2 pénètre facilement dans le cône de guidage 7 formé à l'extrémité femelle 6 de l'autre élément de tube, l'emboîtement relatif des deux extrémités de tube étant terminé à la position à laquelle leurs brides 3 et 8 vien- nent en contact l'une avec l'autre. Ensuite, les agrafes extérieures 19 constituant le dispositif de blocage, qui sont reliées solidairement à la bride 3 de l'extrémité de tube male 2, sont placées sur les bords périphériques ex- térieurs des deux brides 3 et 8, par pivotement de ces a- grafes autour des axes 18. Par suite, la bille d'enclenche- ment 21 montée librement dans la bride 3 est poussée dans le trou conique 22 de l'autre bride 8 pour bloquer les deux brides, de sorte que l'extrémité de tube male 2 et l'extrémité de tube femelle 6 ne peuvent pas être séparées par traction et que leur rotation relative est empêchée. On ouvre ensuite une vanne, non représentée, et de l'air comprimé est envoyé de la source 10 dans les gar- nitures d'étanchéité gonflables 10 d'une paire, par l'inter- médiaire des tubulures 11, de façon à appliquer les garnitu- res 10 sous pression sur la surface latérale extérieure de l'extrémité de tube male 2, comme représenté sur la figure 3. Ainsi, l'extrémité de tube male 2 et l'extrémité de tube femelle 6 sont raccordées de façon étanche, sûre et flexi- ble, bien que le jeu 13 subsiste entre elles. Même lorsque le jeu 13 varie à cause de vibrations imprévues, dues par exemple à un séisme, ces vibrations sont absorbées par les garnitures gonflables 10, de sorte que leur capacité d'étanchéité est maintenue avec certitude et que la fuite d'un fluide circulant dans les canalisations peut être empêchée,sans risque de défaillance. Même si l'une des garnitures gonflables 10 d'une paire est détériorée par un séisme d'amplitude plus grande que la tolérance de construction de la garniture ou par une contrainte thermique extrême, la garniture non endommagée compense celle qui est endommagée et maintient donc une é- tanchéité parfaite. En même temps qu'on envoie de l'air de la source 12 d'air comprimé dans les garnitures d'étanchéité gonfla- bles 10, on envoie un gaz inerte de la source 16 de gaz inerte à la tubulure de contrôle 14, par l'intermédiaire de la conduite 15, ce gaz allant ensuite de la tubulure de contrôle 14' au détecteur 17 qui assure une surveillance appropriée. Le gaz inerte de contrôle remplit donc le jeu 13 entre les garnitures gonflables 10. Par conséquent, lorsqu'une des garnitures 10 est détériorée de façon impré- vue, la pression du gaz inerte de contrôle varie immédiate- ment et la défaillance de cette garniture peut être détec- tée. Ainsi, pendant que l'autre garniture gonflable 10 com- pense l'action de la garniture détériorée et maintient l'é- tanchéité, comme décrit plus haut, on peut prendre des dis- positions pour réparer la garniture endommagée. On décrit maintenant le mode d'assemblage à dis- tance d'un joint pour deux parties coudées de canalisation 23 et 24 dans une installation réelle, avec référence à la figure 7. Les éléments à entretenir et à inspecter sont installés comme décrit plus haut, de sorte que les emboite- ments femelles 6 sont raccordés par l'intermédiaire d'un é- lément de tuyauterie 26 dans un pont de canalisation 25 placé dans une cellule éloignée, ces emboîtements pouvant être soulevés au moyen d'anses de relevage 27. En même temps, on effectue le branchement au détecteur de surveil- lance 17, au moyen d'un joint souple ou d'un autre dispo- sitif approprié, tandis qu'on raccorde les tubulures de contrôle 11, 14 et 14' à des canalisations de service in- térieures à l'usine, au moyen de raccords à simple contact. Le pont 25, suspendu par les anses de relevage 27, est ensuite descendu vers les extrémités de tube mâles 2 de tuyauteries 23 et 24 pour un fluide radio-actif. On installe à distance les extrémités de tube femelles 6 sur les extrémités de tube mâles 2 situées au-dessous, comme représenté sur la figure,et on insère et on bloque l'agrafe extérieure 19, comme décrit précédemment à propos de la fi- gure 1. Lorsque l'assemblage est terminé, on envoie de l'air comprimé dans les garnitures gonflables 10, à partir des canalisations de service et par l'intermédiaire des raccords à simple contact et des tubulures de garniture 11, de manière à obtenir une étanchéité sous pression. D'autre part, de l'air comprimé est envoyé aux tubulures de contrô- le 14 et 14', à partir des canalisations de service, et la fuite est contrôlée par le dispositif de surveillance 17. Pendant le fonctionnement de l'installation, la structure flexible des joints des éléments de tuyauterie 23 et 24 maintient une étanchéité constante,de sorte que les séismes et les contraintes thermiques ne risquent pas de détériorer les garnitures gonflables 10. Si l'une des garnitures 10 est endommagée, cela est immédiatement détecté par le dis- positif de surveillance 17, du fait d'une variation de pres- sion aux tubulures de contrôle 14, tandis que l'autre gar- niture gonflable 10, qui n'est pas endommagée, compense la défaillance de la première garniture de façon à empêcher la fuite vers l'extérieur. On peut ensuite procéder à une réparation appropriée de la garniture endommagée 10. L'extrémité de tube mâle 2 est introduite facile- ment et progressivement dans l'extrémité de tube femelle 6, grâce au guidage conique 4 de l'extrémité mâle 2 et au gui- dage conique 7 de l'extrémité femelle 6. Cette opération est également facilitée par la présence du jeu prédéter- miné 13 entre les deux extrémités de tube 2 et 6, comme dé- crit plus haut. Ainsi, le joint peut être assemblé à dis- tance, de façon stre et facile. Il est entendu que la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus. Par exemple, non seulement un gaz inerte ou de l'air comprimé peuvent circuler entre les garnitures d'étanchéité,dispo- sées en plusieurs étages dans le jeu entre les extrémités de tube mâle et femelle, mais on peut également y faire circuler de l'eau. En outre, la fuite peut être détectée directement par un cylindre à air ou par contrôle de la radio-activité du fluide en circulation. Les garnitures ne sont pas limitées au type à deux étages, décrit ci- dessus, mais on peut également utiliser des garnitures à trois étages ou davantage. Comme déjà indiqué, conformément à la présente invention,un joint à assemblage à distance, pour des tuyau- teries dans des bassins de stockage de combustible usé ou autre dans des installations radio-actives de centrales nu- cléaires, possède une structure flexible. Cette structure est à la fois flexible et durable au point qu'elle maintient son étanchéité malgré les séismes et les contraintes thermi- ques, de sorte que la fuite de produits radio-actifs est empêchée et que la durée de vie du joint lui-même est beau- coup plus grande. Les garnitures d'étanchéité,telles que les garni- tures gonflables prévues entre les extrémités de tube male et femelle dans le joint,contribuent directement à la fle- xibilité de la structure, ce qui a pour conséquence avan- tageuse que les garnitures peuvent protéger la structure du joint d'une détérioration et maintiennent également l'é- tanchéité permanente. L'agencement des garnitures en plusieurs étages dans la direction axiale des extrémités de tube male et fe- melle a pour effet avantageux que, même si l'une des garni- tures est endommagée ou si la matière d'une garniture se détériore, l'autre garniture peut se substituer à la gar- niture endommagée. Les fonctions decompensation de ces garnitures sont améliorées par leur structure flexible. En outre, l'agencement de garnitures gonflables ou de moyens analogues utilisés comme garnitures, en plu- sieurs étages dans la direction axiale dans le jeu entre les extrémités de tube mâle et femelle, a pour effet avan- tageux que ces garnitures peuvent maintenir continuellement l'étanchéité malgré les séismes et les contraintes thermi- ques. Un contrôle continu est assuré. Par conséquent,une fuite peut toujours être détectée pendant le fonctionnement, tandis qu'une telle fuite est habituellement détectée seule- ment un certain temps après son apparition. On peut donc re- médier immédiatement à la fuite. Ce procédé augmente par conséquent la sécurité d'une centrale nucléaire. On voit donc que le joint conforme à la présente invention possède plusieurs avantages, en ce qu'il conserve en permanence sa fonction pour les tuyauteries situées dans des cellules ou endroits analogues des centrales nucléai- res, de sorte que l'étanchéité et le contrôle sont également maintenus en permanence. De plus, l'utilisation du dispositif de blocage du type à enclenchement à bille ou analogue, pour les bri- des des extrémités de tube male-femelle, a pour avantage que les deux brides sont empêchées de s'écarter dans la di- rection axiale et également de tourner dans la direction cir- conférentielle, que le joint une fois assemblé remplit sa fonction de façon constante comme indiqué plus haut tout en permettant des mouvements relativement flexibles, et que l'assemblage des deux extrémités de tube peut être effectué facilement et progressivement par une opération à distance, au moyen du dispositif de blocage. Il est entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dans la forme et la construction du dispositif suivant l'invention, sans sortir du cadre de celle-ci. Revendications 1. Joint à assemblage à distance dans lequel une ex- trémité de tube m&le (2) et une extrémité de tube femelle (6) sont raccordées de façon séparable, l'étanchéité étant assurée par des garnitures (10), caractérisé en ce que les garnitures sont disposées en plusieurs étages dans la di- rection axiale et en ce qu'un passage (13) en communica- tion avec un dispositif de contrôle (17) est prévu entre des garnitures adjacentes de la dite pluralité d'étages. 2. Joint suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des garnitures (10) est une garniture gon- flable. 3. Joint suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un cône de guidage (4) est formé à l'extrémité du tube mâle (2). 4. Joint suivant l'une des revendications 1 à 3, ca- ractérisé en ce que des brides (3,8) en opposition et pou- vant venir en contact l'une avec l'autre dans la direction axiale sont prévues sur les extrémités de tube mâle (2) et femelle (6), respectivement. 5. Joint suivant l'une des revendications 1 à 4, ca- ractérisé en ce qu'un dispositif (19) de blocage des deux extrémités de tube est prévu sous la forme d'un organe fixé aux deux extrémités de tube (2,6). 6. Joint suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de blocage est attaché aux brides (3,8) des extrémités de tube. 7. Joint suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif de blocage est sous la forme d'une agrafe circulaire placée sur les brides. 8. Joint suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif de blocage est du type à enclenchement à bille (21,22).