Brevet FR2566091A1 — publié le 19851220

DISPOSITIF DE CONTROLE DES FUITES A TRAVERS LES GARITURES DE ROBINETTERIE L'invention concerne un dispositif pour contrôler les fuites de fluide hors d'une pièce exposée à un fluide sous pression, et plus particulièrement un dis- positif pour contrôler les fuites de fluide à travers un joint de tige de vanne d'une vanne raccordée pour réguler le débit du fluide dans un circuit de fluide sous pression. Dans un système à eau sous pression tel qu'un réac- teur nucléaire à eau sous pression, on sait réaliser des vannes pour réguler la circulation de l'eau dans le système avec des raccordements pour fuites de trop- plein entre les garnitures primaire et secondaire des tiges de vannes. L'eau qui s'échappe à travers la gar- niture primaire de tige de vanne est recueillie dans un réservoir situé entre les garnitures primaire et secondaire de la tige de vanne et est évacuée dans un puisard. Ce drainage évite une montée en pression du fluide entre les garnitures, laquelle risquerait d'en- dommager la garniture secondaire et de provoquer des fuites à travers celle-ci. Dans un réacteur nucléaire à eau sous pression, ceci est particulièrement important afin d'empêcher de l'eau radioactivement contaminée de s'échapper d'un circuit de fluide normalement fermé. Dans un système à eau sous pression contenant de nombreuses vannes possédant chacune son raccordement pour fuites de trop-plein, il est possible de détermi- ner le total des fuites du système en mesurant la quan- tité d'eau s'écoulant dans le puisard. Un écoulement excessif dans le puisard pourrait indiquer que la gar- niture primaire sur une des vannes est gravement endom- magée. Cependant, il n'est pas possible dans un tel système d'évaluer à distance l'état d'une vanne parti- culière. Il est nécessaire de contrôler manuellement chaque vanne pour trouver celle qui est défaillante. Dans un système de réacteur à eau sous pression, un contrôle manuel peut être dangereux, car si les fuites à travers la garniture primaire deviennent trop grandes, la capacité du réservoir entre les garnitures risque d'être dépassée. La pression résultante contre la gar- niture secondaire risquerait de faire fuir l'eau conta- minée à travers la garniture secondaire, créant des risques évidents pour la santé. Le brevet des E.U.A. n 3 276 246, attribué à Truman et al., décrit un détecteur de fuites pour tête de puits de pétrole dans lequel une cuve contenant un contact à flotteur est disposée pour recueillir le pétrole qui s'écoule par le haut de la tête de puits et s'accumule entre des presse-étoupe supérieur et inférieur. Le flot- teur a une densité inférieure à celle du pétrole. A mesure que le niveau du pétrole recueilli dans la cuve s'élève, le flotteur s'élève aussi. A un certain niveau, le flot- teur actionne un commutateur électrosensible qui arrête le moteur de la tête de puits. La cuve est pourvue d'un trou d'évacuation pour les petites accumulations de pétrole et/ou de lubrifiant et d'un bouchon de purge qui peut être retiré à la main pour purger la cuve lorsque d'importantes quantités d'huile se sont accumu- lées dans la cuve. Un problème posé par ce dispositif est qu'une fuite de pétrole excessive peut provoquer une défaillance si, pour une raison quelconque, le flot- teur se coince ou le moteur n'arrive pas à s'arrêter à temps avant que la cuve ne devienne entièrement pleine de pétrole, créant une contrepression contre le presse- étoupe supérieur. La présente invention vise principalement à réaliser un moyen permettant d'évaluer à distance l'état de chaque vanne du système, de manière continue, afin d'éviter un excès de fuites à travers les garnitures primaires respectives. En vue de cet objectif, la présente invention réside dans un dispositif pour déceler des fuites de fluide à travers un joint d'étanchéité d'une pièce branchée sur un circuit de fluide sous pression, ce dispositif étant constitué d'un corps définissant une chambre ayant une entrée pour recevoir le fluide fuyant à travers le joint et une sortie pour l'évacuation de ce fluide, caractérisé en ce qu'une plaque pourvue d'un orifice est disposée dans la chambre entre l'entrée et la sortie pour diviser ladite chambre en un premier volume de chambre pour recevoir du fluide via ladite entrée et un second volume de chambre pour recevoir le fluide issu du premier volume de chambre via ledit orifice et pour évacuer le fluide par ladite sortie, un bouchon monté de manière mobile pour régler la zone ouverte dans le plan de l'orifice de la plaque, des moyens de positionnement reliés au bouchon pour posi- tionner le bouchon afin de créer une zone ouverte positionner le bouchon afin de créer une zone ouverte prédéterminée dans le plan de l'orifice pour permettre au fluide de sortir du premier volume de chambre par l'orifice au même débit que celui auquel il entre dans le premier volume de chambre quand le débit du fluide entrant dans le premier volume de chambre est égal ou inférieur à un débit donné, les moyens de positionnement réagissant à l'entrée du fluide dans le premier volume de chambre A un débit supérieur au débit donné en éloignant le bouchon de l'orifice afin que le fluide sortant du premier volume de chambre continue à égaler le débit auquel le fluide entre dans le premier volume de chambre; et un moyen de détection pour déceler le mouvement du bouchon, le moyen de détection produisant un signal de sortie correspondant à la distance parcou- rue par le bouchon. Dans une forme de réalisation préférée de l'inven- tion, le dispositif de contrôle de fuites décrit plus haut est utilisé associé à une vanne de régulation du débit de fluide dans un circuit de fluide sous pression, o la vanne comporte un corps de vanne et une tige mo- bile axialement dans le corps de vanne et ayant une extrémité soumise à la pression du circuit. Des garni- tures primaire et secondaire de vanne sont axialement espacées entre elles le long de la tige de vanne pour réaliser un joint d'étanchéité destiné à limiter les fuites de fluide entre le corps de vanne et la tige de vanne. La-garniture primaire est disposée entre ladite extrémité de tige de vanne soumise à la pression du circuit et la garniture secondaire. Un raccordement pour fuite de trop-plein relie un réservoir présent entre les garnitures primaire et secondaire à l'entrée du dispositif de contrôle de fuites. L'invention fournit aussi un procédé avantageux pour réaliser l'entretien du joint d'étanchéité d'une pièce exposée à un fluide sous pression au moyen d'un dispo- sitif de contrôle de fuites de fluide tel que décrit plus haut. Le procédé comporte le raccordement de l'en- trée du dispositif de réception du fluide qui fuit par le joint, le raccordement de la sortie du dispositif à un puisard, la communication des données du moyen de détection à un indicateur pour fournir une indication de la quantité de fluide de fuite passant par le dispositif pour rejoindre le puisard, et la réparation du joint si la quantité de fluide de fuite passant par le dispositif dépasse un niveau prédéterminé. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif, o la seule Figure est une vue de côté en coupe d'un aménagement selon l'invention. Comme représenté sur la figure, une vanne 1, dont seule une partie est représentée, comporte un corps 3 de vanne ayant une tige 5 de vanne mobile axialement à travers celui-ci. La tige 5 de vanne a un opercule 7 de vanne qui coopère de manière commandée avec un siège 9 de vanne pour réguler le débit du fluide du circuit entre l'entrée 11 de la vanne et la sortie 13 de la vanne. Ainsi, lorsque l'opercule 7 de vanne est séparé du siège 9 de vanne, le fluide s'écoule dans le sens des flèches 15. Comme on peut le comprendre, quand la vanne est ouverte, l'interface 17 de la tige 5 de vanne et du corps 3 subit la pression du circuit. Afin d'em- pêcher les fuites du fluide du circuit hors de la vanne entre la tige 5 et le corps 3, un montage de joint d'étanchéité double est présent, comprenant une garni- ture primaire 19 et une garniture secondaire 21 avec une lanterne 23 annulaire intercalée entre elles. La lanterne 23 comprend des gorges annulaires intérieure et extérieure, respectivement 25 et 27, reliées par un alésage 29. Les gorges 25 et 27 et l'alésage 29 servent de réservoir pour recueillir le fluide du circuit qui, de manière propre à tout joint mécanique, fuit par la garniture primaire 19. Une bride 30 d'étanchéité, qui peut être assemblée par filetage avec le corps 3 de vanne, appuie contre la garniture secondaire 21 pour maintenir en place le montage de joint d'étanchéité. Un trou 31 traversant le corps 3 de vanne débouche dans la gorge extérieure 27 pour évacuer le fluide recueilli dans les espaces de la lanterne 23 par un raccordement 33 pour fuites de trop-plein qui, dans un montage classique, conduit directement à un puisard de réception des fuites de fluide. En évacuant de façon continue le fluide s'échappant par la garniture primaire 19, la pression du fluide contre la garniture secondaire 21 est limitée, ce qui a pour effet que la garniture secondaire 21 présente un obstacle efficace contre d'autres fuites montant entre la tige 5 de vanne et le corps 3 de vanne. En fonctionnement, la tige 5 de vanne est soumise à plusieurs milliers de cycles de montée et descente, ce qui occasionne inévitablement une détérioration des garnitures. Si les fuites à travers la garniture pri- maire 19 deviennent excessives, il se peut que le fluide des fuites ne s'évacue pas assez vite et qu'une contre- pression survienne éventuellement pour provoquer des fuites à travers la garniture secondaire 21. Le risque de fuites par la garniture secondaire 21 est réduit selon l'invention par la présence d'un dis- positif 37 qui surveille la vitesse à laquelle le fluide des fuites est évacué via le raccordement 33 pour fuites de trop-plein. Comme représenté sur la figure, le dis- positif 37 comprend un bottier possédant un corps prin- cipal 39 assemblé par filetage avec un embout 41. Une vis pointeau 42 est de préférence utilisée pour fixer le corps 39 et l'embout 41 afin qu'ils ne tournent pas en fonctionnement. Le corps 39 a une ouverture 43 reliée au raccordement pour fuites de trop-plein. L'embout 41 a une ouverture de sortie 45 reliée à un tuyau 47 qui mène au puisard 35. Le bottier en deux parties constitué d'un corps 39 et d'un embout 41 déliminte une chambre divisée par une plaque 49 munie d'un orifice central 51 en un voluile de cha bre supérieure 53 et un volume de chambre infé- rieure 55. Un joint 56 est placé sous la plaque 49 et entre le cords 39 et l'embout 41 pour empêcher les fuites dans l'atmosphàre et empêcher les fuites depuis le volume de chatmbire supérieure 53 dans le volume de chambre inférieure 53 ailleurs que par l'orifice 51 ainsi que cela va être expliqué. Un piston flottant 57 est logé dans le volume de chambre supérieure 53 et est maintenu en équilibre dy- namique par un ressort supérieur 59 de compression qui est supporté par la surface supérieure 61 du piston 57 et la surface extrême 63 du corps 39, et par un ressort inférieur 65 de co.pression qui est supporté par une surface inférieure 37 du piston 57 et une bague d'épais- seur 69 circulaire portant sur la plaque 49 à orifice. Le piston 57 divise donc le volume de chambre supérieur 53 en un volume partiel 53a entre le piston 57 et la plaque 49 à orifice et un volume partiel 53b entre le piston 57 et la surface extrême 63 du corps 39. Un joint d'étanchéité 70 du piston est disposé entre le piston 57 et la surface intérieure du corps 39 pour empêcher les fuites entre ceux-ci du volume partiel 53a dans le volume partiel 53b. Un tube creux 71 traverse et est relié rigidement au piston 57. Le tube creux 71 s'étend vers le bas jusqu'à dépasser à peine de l'orifice 51 et possède un bouchon 73 profilé fixé au tube juste au-dessus de l'o- rifice 51 pour ajuster la zone ouverte dans le plan de l'orifice 51 de la manière décrite ci-après. A l'ex- tré.aité opposée du tube creux 71 se trouve une extrémité magnétique 75 prévues pour entrer dans et sortir d'une entaille 77 englobée par une partie en chapeau 79 à l'extrémité supérieure du corps 39. Plusieurs contacts électrosensibles 1, dont deux sont représentés sur la a figure, sont espacés axialeraent entre eux le long de l'extérieur de la partie en chapeau 79 pour être suc- cessivement actionnés par l'extrémité magnétique 75. Un cache 33 de contacts est fixé par des vis 85 à l'ex- 3 trëmité supérieure du corps 39 pour englober et proté- ger les contacts 31. Les contacts 81 sont pourvus de fils conducteurs 87 qui passent par une ouverture 88 du cache 33 des contacts et un câble électrique 89 à brancher sur un dispositif d'affichage 90. En fonctionnement, quand une fuite au niveau de la tige de vanne se produit à travers la garniture primaire 19, le fluide de fuite s'accumule dans les espaces de la lanterne 23 et est envoyé par le raccor- dement pour fuites de trop-plein 33 et via l'ouverture d'entrée 43 dans le volume partiel 53a de chambre du dispositif 37. Comme indiqué plus haut, en raison de la nature mécanique du joint réalisé par la garniture primaire 19, on s'attend toujours à ce que se produisent des fuites d'un volume faible ou nominal. Aussi, par un choix approprié de ressorts 59 et 65 et de bague d'épaisseur 69, le bouchon 73 est-il initialement posi- tionné par rapport à l'orifice 51 de manière à ce que l'ouverture dans le plan de l'orifice 51 permette le passage de liquide depuis le volume de chambre partiel 53a dans le volume de chambre inférieure 55 pour égaler l'entrée nominalede fluide de fuite dans le volume par- tiel 53a. Tant que le débit du fluide entrant dans le volume partiel 53a de chambre est égal au débit du fluide sortant de ce volume par l'orifice 51, la position du piston 57, du tube 71 et du bouchon 73 reste la même. Cependant, si le débit du fluide entrant dans le volume partiel 53a de chambre est supérieur au débit auquel le fluide sort de ce volume partiel, le volume partiel 53a de chambre se remplit de fluide et pousse vers le haut le piston flottant 57. La montée du piston 57 fait en même temps monter le bouchon 73, ce qui agrandit la surface de l'ouverture dans le plan de l'orifice 51. La vitesse à laquelle s'agrandit la zone ouverte dans le plan de l'orifice 51 peut se régler en donnant une forme appropriée à la surface du bouchon 73 situé contre l'orifice 51. Commle la garniture primaire 19 se détériore davan- tage par l'usage, le débit des fuites dans le dispo- sitif 37 augmente en poussant le piston 57 encore plus haut dans le volume 53 de chambre. L'extrémité magné- tique 75 qui se déplace avec le piston 57 finit par atteindre le premier contact électrosensible 81, provo- quant sa fermeture. Le courant qui passe dans le contact électrosensible fermé est envoyé au dispositif d'affi- chage 90 qui visualise une indication que-les fuites hors de la garniture primaire de la tige de vanne ont atteint un débit prédéterminé. Une nouvelle aggravation des fuites pousse l'extrémité magnétique 75 à proximité du contact électrosensible suivant qui est actionné pour indiquer qu'un débit de fuite encore plus grand a été atteint. Comme les contacts électrosensibles sont dis- posés dans des positions de montée successives, les débits de fuite peuvent être contrôlés de près en observant le dispositif d'afficahge 90 qui indique l'actionnement successif des contacts électrosensibles. Le dispositif d'afficahge 90 peut être de n'importe quel type approprié pour indiquer l'état individuel des contacts 81. Puisque les débits de fuite correspondent à la détérioration de la garniture primaire 19, un calendrier d'interventions pour réparer ou resserrer les garnitures 19 et 21 de la tige de vanne peut être mis en oeuvre en utilisant le dispositif selon l'invention. Le tube creux 71 est pourvu de trous de purge radiaux 91 afin que, en cas de rupture du joint 70 de 1 0 piston, toute fuite dans le volume partiel 53b de chambre soit évacuée par les trous de purge radiaux 91 via le tube creux 71 pour être déversées dans le puisard par l'ouverture de sortie 45 et la tuyauterie 47. Ainsi évite-t-on que le volume partiel 53b de chambre ne soit rempli de fluide qui, sinon, pourrait rendre le dispo- sitif inopérant. Le dispositif selon l'invention sert à contrôler le débit des fuites à travers la garniture primaire de la tige de vanne tout en permettant en même temps aux fuites de fluide de passer à l'extérieur du dispositif au même débit que celui auqeul elles entrent dans le dispositif, si bien qu'il ne se produit pas de forte montée en pression dans le volume partiel 53a de chambre, ce qui risquerait de provoquer une défaillance de la garniture secondaire 21 de la tige de vanne. Comme le dispositif selon l'invention indique l'état d'étanchéité des vannes, il peut servir de moyen aidant à fixer le calendrier d'entretien des garnitures de tiges de vannes. La visualisation 90 peut être installée localement avec le dispositif 37 ou peut être installée à distance et reliée à plusieurs dispositifs 37 pour contrôler les débits de fuite respectifs de plusieurs vannes. On notera qu'il entre dans le cadre de l'invention que d'autres mécanismes de positionnement tels qu'un dispositif du type soufflet ou un montage à membrane mobile soient utilisés à la place du montage décrit à piston pour le positionnement du bouchon 73. REVENDICATIONS: 1. Dispositif pour déceler des fuites de fluide à travers un joint d'étanchéité d'une pièce branchée sur un circuit de fluide sous pression, ce dispositif étant constitué d'un corps définissant une chambre (53) ayant une entrée (43) pour recevoir le fluide fu- yant à travers le joint et une sortie (45) pour l'éva- cuation de ce fluide, caractérisé en ce qu'une plaque (49) pourvue d'un orifice (51) est disposée dans la chambre (53) entre l'entrée (43) et la sortie (45) pour diviser ladite chambre (53) en un premier volume (53a) de chambre pour recevoir du fluide via ladite entrée et un second volume (53b) de chambre pour recevoir le fluide issu du premrier volume de chambre via ledit ori- fice et pour évacuer le fluide par ladite sortie, un bouchon (73) monté de manière mobile pour régier la zone ouverte dans le plan de l'orifice de la plaque (49), des moyens de positionnement reliés au bouchon pour positionner le bouchon afin de créer une zone ouverte prédéterminée dans le plan de l'orifice pour permettre au fluide de sortir du premier volume de chambre par l'orifice au même débit que celui auquel il entre dans le premier volume de chambre quand le débit du fluide entrant dans le premier volume de chambre est égal ou inférieur à un débit donné, les moyens de positionnement réagissant à l'entrée du fluide dans le premier volume de chambre à un débit supérieur au débit donné en éloignant le bouchon de l'orifice afin que le fluide sortant du premier volume de chambre continue à égaler le débit auquel le fluide entre dans le premier volume de chambre; et un moyen de détection pour déceler le mouvement du bouchon, le moyen de détection produisant un signal de sortie correspondant à la distance par- courue par le bouchon. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de positionnement comportent un piston (57) situé dans le premier volume (53) de chambre pour se mouvoir dans le sens de l'axe longitudinal de la chambre, une tige (91) reliant le piston (57) au bouchon (73), et un moyen élastique (56, 59) pour pous- ser le piston (57) jusqu'à une position prédéterminée quand le débit du fluide entrant dans le premier volume (53) de chambre est égal ou inférieur au débit donné, la position prédéterminée du piston (57) correspondant à la position du bouchon (73) qui crée la zone ouverte prédéterminée dans le plan de l'orifice (51), caracté- risé en ce que le piston est mis en mouvement en réponse à une accumulation de pression de fluide dans le premier volume (53a) de chambre. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un premier ressort de compression est disposé entre la plaque (49) et le piston (57) et un second ressort de compression (59) est disposé entre le piston (57) et l'extrémité du corps (39). 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le moyen de détection (81) comporte un interrupteur électrosensible déclenché par les moyens de positionnement. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4 associé à une vanne pour réguler la circu- lation d'un fluide d'un circuit de fluide sous pression, la vanne étant constituée de: un corps de vanne, une tige de vanne mobile axialement dans le corps de vanne et ayant une extrémité soumise à la pression du circuit; des garnitures primaire et secondaire de vanne pour réaliser un joint d'étanchéité afin de limiter les fuites de fluide entre le corps de vanne et la tige de vanne, la garniture primaire étant disposée entre ladite extrémité de la tige de vanne et la garniture secon- daire; caractérisé en ce qu'un réservoir est constitué entre les garnitures primaire et secondaire, et en ce qu'un raccordement pour fuites de trop plein est prévu, reliant le réservoir à l'entrée du premier volume (53) de chambre.