Brevet FR2604771A1 — publié le 19880408

L'invention concerne un dispositif de bou- chage étanche d'un orifice traversant une paroi sépa- rant deux fluides. Les générateurs de vapeur des réacteurs nu- cléaires à eau sous pression comportent généralement une plaque tubulaire de grande épaisseur qui est tra- versée par des alésages dans lesquels sont fixés par sertissage les tubes. du faisceau du générateur. La plaque tubulaire est en contact d'un côté avec l'eau sous pression constituant le fluide primaire et de l'autre côté avec l'eau d'alimentation dont on assure l'échauffement et la vaporisation et qui constitue le fluide secondaire. Lorsqu'un tube du faisceau du générateur de vapeur est détériore, il est souvent nécessaire de l'extraire de la plaque tubulaire et d'assurer le bou- chage étanche du trou traversant la plaque tubulaire dont on a extrait le tube. En effet, il est nécessaire de main- tenir une séparation complète entre le fluide primaire et le fluide secondaire. On a proposé différentes techniques doe bou- chage des trous d'une plaque tubulaire de genérateur de vapeur libères par les tubes du faisceau dont on a effectué l'extraction. Une des techniques utilisées consiste à po- ser un bouchon directement dans l'alésage de la plaque tubulaire. Cependant, un tel bouchon n'assure pas le revêtement du trou de la plaque tubulaire sur toute sa longueur, si bien que la plaque tubulaire en acier faiblement allié est exposée à la corrosion par le fluide secondaire, à l'intérieur du trou, dans sa zone non revêtue. De plus, des produits corrosifs risquent de s'accumuler dans le trou, au-dessus du bouchon. Pour éviter ces inconvénients, on a donc préconisé la pose d'un doigt de gant assurant le re- couvrement de toute la surface du trou traversant la plaque tubulaire. Un tel doigt de gant est constitué par un tube d'une longueur au moins égale à l'épais- seur de la plaque tubulaire fermé à l'une de ses ex- trémités par un fond soudé. Le doigt de gant est serti par dudgeonnage dans la plaque tubulaire, sur toute sa longueur, le fond étanche assemblé par soudure étant disposé du côté secondaire. Pour éviter d'avoir à ins- pecter périodiquement la soudure d'assemblage du fond, on réduit les sollicitations auxquelles cette soudure est soumise, en mettant cette soudure et le fond en équipression, en prévoyant un trou de communication dans la paroi latérale du doigt de gant. Il est donc nécessaire d'assurer l'étanchéité du doigt de gant par un bouchon qu'on-vient placer à l'entrée du trou de la plaque tubulaire et du doigt de gant, du côté primai- re. Cette technique qui donne un résultat satis- faisant, sur le plan de la résistance à la corrosion de la plaque tubulaire, présente cependant lî nconve- nient d'être d'une mise en oeuvre délicate et de ne- cessiter un temps d'intervention relativement long des opérateurs, à l'intérieur de la partie primaire du gé- nérateur de vapeur. Il en résulte une exposition aux radiations des opérateurs d'une durée relativement longue. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de bouchage étanche d'un orifice traver- sant une paroi séparant deux fluides, constitué par un manchon tubulaire fermé à l'une de ses extrémités par un bouchon de forme tubulaire obturé par un fond, qui permette de protéger de manière efficace l'orifice de la paroi contre l'action de l'un des fluides, qui pré- sente une très bonne résistance mécanique et une étan- chéité très sûre, les fonctions de résistance mécani- que et d'étanchéité étant indépendantes et qui soit facile à mettre en place dans une opération rapide, éventuellement en milieu irradié. Dans ce but, l'alésage interne du manchon comporte successivement, dans la direction axiale, une première partie dont le diamètre est inférieur au dia- mètre extérieur du bouchon et une seconde partie rece- vant le bouchon dont le diamètre correspond sensible- ment à celui du bouchon, un épaulement annulaire sépa- rant les deux parties de l'alésage, - le manchon comporte un orifice traversant sa paroi latérale et débouchant dans la seconde partie de l'alésage, - le bouchon comporte également un orifice traversant sa paroi latérale, placé de façon que cet orifice soit situé, lorsque le bouchon est mis en place dans le manchon et maintenu en position par rétreint du manchon, plus près de l'extrémité fermée que l'orifice du manchon, - et trois soudures d'étanchéité et de fi- xation continues, de forme annulaire reliant la sur- face extérieure du bouchon et la surface intérieure du manchon sur toute leur périphérie et disposées, pour deux d'entre elles, de part et d'autre de l'ensemble des deux orifices du bouchon et du manchon et, pour la troisième, entre les deux orifices, sont effectuées préalablement à la pose du dispositif de bouchage dans l'orifice de la paroi. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limi- tatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation d'un dispositif de bouchage suivant l'invention utilisé pour obturer un trou tra- versant la plaque tubulaire d'un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un manchon d'un dispositif de bouchage suivant l'inven- tion. La figure 2 est une vue en coupe axiale d'un bouchon de fermeture correspondant. La figure 3 est une vue en coupe axiale du manchon et du bouchon après leur fixation mutuelle et avant leur mise en place dans une plaque de générateur de vapeur. La figure 4 est une vue en coupe axiale d'un dispositif de bouchage suivant l'invention, après sa mise en place dans la plaque tubulaire d'un générateur de vapeur. La figure 5 est une vue agrandie du détail A de la figure 3 ou de la figure 4. Sur la figure 1, on voit le manchon 1 d un dispositif de bouchage suivant l'invention. Le manchon tubulaire 1 a un diamètre extérieur égal à celui 'n tube du faisceau du générateur de vapeur et une lo-- gueur un peu supérieure à l'epaisseur de la plaque tu- bulaire du générateur de vapeur. L'alésage intérieur 2 de ce manchon comporte deux zones successives 2a et 2b, la zone 2b de plus grand diamètre étant obtenue par réusinage du manchon dans sa zone d'extrémité et étant séparée de la zone 2a à plus faible diamètre par un épaulement tronconique 2c. La paroi latérale du manchon 1 est traversée par un orifice 4 débouchant dans l'alésage 2, dans sa partie élargie 2b. Le bouchon 5 représenté $ur la figure 2 com- porte un corps tubulaire 5a et un fond de fermeture b. Le bouchon 5 peut être obtenu avantageusement, sous forme d'une seule pièce, par usinage d une ébau- che cylindrique. Le diamètre extérieur maximal de la partie tubulaire 5a et le diamètre extérieur du fond b correspondent sensiblement au diamètre de la partie élargie 2b de l'alésage 2 du manchon. La partie tubu- laire 5a est terminée, à l'opposé du fond 5b, par un rebord tronconique 5c de même angle au sommet que l'é- paulement tronconique 2c du manchon. Le corps tubulaire 5a est usiné, sur sa sur- face extérieure, suivant deux gorges 6a et 6b dont la profondeur correspond à une fraction de l'épaisseur de la paroi tubulaire 5a. Cette paroi tubulaire est tra- versée par une ouverture 8, au niveau de la gorge 6b, située le plus près du fond 5b. L'assemblage du dispositif de bouchage est réalisé par. introduction du bouchon 5 dans la partie 2b de l'alésage du manchon, le bouchon venant alors reposer par son rebord tronconique 5c sur l'épaulement tronconique 2c. La longueur du bouchon 5 étant un peu infé- rieure à la longueur de la partie 2b de l'alésage, la partie d'extrémité du manchon 1 dépasse le fond 5b. On réalise un rétreint 9 (visible sur la figure 3) sur cette partie du manchon saillante par rapport au bou- chon. Le bouchon 5 est ainsi maintenu par blocage mé- canique à l'intérieur-du manchon 1. La position de l'orifice 4 du manchon, dans la zone de l'alésage 2b voisine de l'épaulement 2c. et la position de l'orifice 8 du bouchon, au voisinage du fond 5b, sont telles que l'orifice 8 du bouchon est situé plus prés du fond de fermeture 5b que l'orifice 4 du manchon 1, lorsque le bouchon est mis en place dans le manchon, comme représenté sur la figure 3. La fixation et l'étanchéification du bouchon dans le manchon sont complétées par trois soudures an- nulaires 10a, lOb et 10c joignant la surface intérieu- re du manchon à la surface extérieure du bouchon. Les soudures sont réalisées depuis l'extérieur du manchon dans lequel est disposé le bouchon, par exemple grâce à un dispositif de soudage orbital. Sur la figure 5, on voit la soudure centrale lOb permettant de joindre le manchon 1 et le bouchon , à travers le jeu de montage 11 entre ces deux pié- ces. Les soudures 1Oa et 10c sont disposées de part et d'autre de l'ensemble des deux orifices res- pectifs 4 et 8 du manchon et du bouchon et la soudure médiane 10b est disposée entre ces deux orifices. La position de l'orifice 4 du manchon est telle que cet orifice, lorsque le bouchon est en pla- ce, débouche dans la gorge 6a. Les soudures 10a et 10c sont donc également disposées de part et d'autre de l'ensemble des deux gorges 6a et 6b et la soudure 10b entre ces deux gorges 6a et 6b. Sur la figure 4, on volt le dispositif de bouchage aprés sa mise en place dans une plaque tubu- laire 3 de grande épaisseur d'un générateur de vapeur. La face inférieure 3a de cette plaque tubulaire venant en contact avec le fluide primaire est recouverte par un revêtement anti-corrosif 7. La face supérieure 3b de la plaque tubulaire est destinée à venir en contact avec le fluide secondaire constitué par l'eau d'ali- mentation du générateur de vapeur. La partie de la plaque tubulaire représentée sur la figure 4 est traversée sur toute son épaisseur par un trou 13 destiné à recevoir un tube du généra- teur de vapeur. Lors d'une opération d'entretien du réacteur nucléaire, ce tube devenu défectueux a été extrait du trou 13 de la plaque tubulaire 3. On a ef- fectué le bouchage du trou 13 en utilisant le disposi- tif de bouchage suivant l'invention représenté sur la figure 3. Pour cela, le dispositif est introduit dans le trou 13, depuis la. face 3a, C'est-à-dire depuis le côté primaire du générateur de vapeur. Le diamètre du manchon 1 du dispositif, identique au diamètre d'un tube du faisceau du générateur de vapeur, est très lé- gèrement inférieur au diamètre du trou 13. On réalise une expansion diamètrale du manchon en position dans la plaque tubulaire 3, pour assurer sa fixation dans le trou 13. La partie d'extrémité fermée du dispositif de bouchage comportant le bouchon 5 est saillante, par rapport à la face 3b de la plaque tubulaire, dans la partie secondaire du générateur de vapeur. La fixation du manchon 1 dans le trou 13 est complétée par une opération de dudgeonnage de toute la partie du manchon située dans l'épaisseur de la plaque tubulaire 3. Enfin, une soudure de resistance et d'é- tanchéité 14 complète la fixation définitive du dispo- sitif de bouchage constituant un doigt de gant. La fermeture étanche du trou 13 est donc re- alisée par une simple opération d'expansion et de dud- geonnage complétée par un soudzge. Cette opération classique est relativement rapide et permet d'éviter d'exposer des opérateurs aux radiations, pendant une longue durée. D'autre part, la résistance mécanique du doigt de gant, c'est-à-dire essentiellement de la liaison entre le bouchon et le manchon, est assurée de diverses manières, ce qui augmente la fiabilité du dispositif. En effet, d'une part le bouchon est main- tenu à l'intérieur du manchon par l'épaulement 2c et par le rétreint 9 et d'autre part, il est fixé par les trois lignes de soudures annulaires 1Oa, 1ob, 10c. Ces moyens de fixation du bouchon sont totalement indépendants, si bien qu'en cas de défaillance d'un de ces moyens, par exemple en cas de défaillance des soudu- res, les autres moyens continuent à assurer la retenue du bouchon. D'autre part, la fonction d'étanchéité qui est assurée par les anneaux de soudure du bouchon est indépendante de la fonction de retenue mécanique assu- rée par l'épaulement 2c et le rétreint 9. Toute perte d'étanchéité du bouchon peut être facilement détectée par contrôle d'activité du fluide secondaire. En effet, dans le cas o l'une quelconque des soudures 10a, lOb et 10c perd son étan- chéité, du fluide primaire sous pression et radio- actif chemine.dans le dispositif de bouchage pour se répandre dans la partie secondaire du générateur de vapeur. Dans le cas o la soudure 10a perd son étan- chéité, le fluide primaire peut passer dans la partle secondaire du genérateur de vapeur par l'intermédiaire de la gorge 6a et de l'orifice 4. Dans le cas o la soudure lOb est défectueuse, du fluide primaire peut passer dans la partie secondaire, par l'intermédiaire de l'orifice 8, de la gorge 6b, de la gorge 6a et enfin de l'orifice 4. Enfin, si la soudure 10c est défectueuse, du fluide primaire peut passer dans la partie secondaire par l'intermédiaire de l'orifice 8 et de la gorge 6b. Il est bien évident que les gorges 6a et 6b ne sont pas absolument indispensables si un jeu suf- fisant est ménagé entre les surfaces latérales du man- chon et du bouchon, en dehors de leur zone de jonction par soudure. Dans tous les cas de fissuration ou de rup- ture d'une soudure, on détecte donc très rapidement cette défaillance de la soudure sans que la fixation du bouchon assurée de façon mécanique par les autres soudures soit mise en cause. On peut ainsi intervenir très rapidement sur le dispositif de bouchage et bien avant que sa défaillance atteigne un degré important. On peut encore améliorer la progressivité de la perte des fonctions d'étanchéité et de résistance mécanique du dispositif en ajustant les sections ré- sistantes des diverses soudures 10a, lOb, 10c à des valeurs différentes, de façon à diminuer la probabili- té de voir la fonction étanchéité de ces trois soudu- res disparaitre simultanément. Une telle section ré- sistante ajustée 12 de la soudure lOb est visible sur la figure 5. Elle peut être obtenue en utilisant des paramètres de soudage différents pourchacune des trois soudures. Le dispositif de bouchage étanche suivant l'invention est donc facile à mettre en oeuvre, d'une grande fiabilité et ses fonctions d'étanchéité et de resistance mécanique sont indépendantes. De plus, sa tenue en service est facile à contrôler et toute perte d'étanchéité est détectée bien avant que le bouchon ne risque de se détacher et de devenir un corps migrant dans le réacteur nucléaire. Il est donc possible, lorsqu une fuite fai- ble est détectée, d'attendre la mise à l'arrêt pro- grammée du réacteur nucléaire pour intervenir sur le dispositif de bouchage à l'origine de cette fuite. On évite également le recours à des procédu- res complexes de contrôle des dispositifs de bouchage, lors des arrêts programmés du réacteur. La forme du dispositif en doigt de gant saillant à l'intérieur de la partie secondaire du gé- nérateur de vapeur permet également d'éviter tout phé- nomène d'ébullition locale, de concentration de subs- tances corrosives au contact du dispositif de bouchage et dans la plaque tubulaire, et donc des risques de corrosion rapide de ce dispositif et de la plaque tu- bulaire. Le doigt de gant peut être mis en place et fixé grâce à un dispositif de déplacement et de com- mande d'outils utilisé dans les opérations d'inspec- tion et de maintenance du faisceau tubulaire d'un gé- nérateur de vapeur. Enfin, en cas de défaillance d'un doigt de gant, il peut être extrait avec les moyens classiques d'extraction et remplacé. L'invention ne se limite pas au mode de réa- lisation qui a été décrit. C'est ainsi qu'on peut imaginer des manchons et bouchons de forme un peu différente de celles qui ont été décrites adaptée a la forme et à la dimension de la plaque tubulaire ou autre paroi et des alésages de cette plaque tubulaire dans lequeles on vient fixer le dispositif de bouchage, Enfin, le dispositif de bouchage suivant l'invention peut être utilisé pour obturer des orifi- ces traversant une paroi différente de la plaque tubu- laire d'un générateur de vapeur de réacteur nucléaire. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de bouchage étanche d'un ori- fice traversant une paroi séparant deux fluides, cons- titué par un manchon tubulaire fermé à l'une de ses extrémités par un bouchon de forme tubulaire obturé par un fond, caractérisé par le fait que l'alésage in- terne (2) du manchon (1) comporte successivement, dans la direction axiale, une première partie (2a) dont le diamètre est inférieure au diamètre extérieur du bou- chon et une seconde partie (2b) recevant le bouchon dont le diamètre correspond sensiblement à celui du bouchon (5), un épaulement annulaire (2c) séparant les deux parties de l'alésage (2a, 2b), - que le manchon (1) comporte un orifice (4) traver- sant sa paroi latérale et débouchant dans la seconde partie (2b) de l'alésage (2), - que le bouchon (5) comporte également un orifice (8) traversant sa paroi latérale (5a) placé de façon que cet orifice ('8) soit situé, lorsque le bouchon (5) est mis en place dans le manchon (1) et maintenu en place par un rétreint (9) du manchon (1), plus près de l'ex- tremité fermee (5b) que l'orifice (4) du manchon (1) et que trois soudures d'étancheite et de fixation continues (10a, 10b, 10c), de forme annulaire, reliant la surface extérieure du bouchon (5) et la surface in- térieure du manchon (1) sur toute leur périphérie et disposées, pour deux d'entre elles, de part et d'autre de l'ensemble des deux orifices (4, 8) du bouchon (5) et du manchon (1) et,'. pour la troisième (10b), entre les deux orifices (4. 8), sont effectuées préalable- ment à la pose du dispositif de bouchage, dans l'ori- fice (13) de la paroi (3). 2.- Dispositif de bouchage suivant la reven- dication 1, caractérisé par le fait que le bouchon (5) comporte deux gorges (6a, 6b) dans sa paroi latérale externe, que l'orifice (8) du bouchon traverse la pa- roi latérale (5a) de ce bouchon au niveau de la gorge (6b) située le plus près du fond (5b) du bouchon (5) et que, lorsque.le bouchon (5) est en place dans le manchon (1), l'orifice (4) du manchon (1) débouche dans la gorge (6a) la plus éloignée du fond 5(Sb) du bouchon (5). 3.- Dispositif de bouchage suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'épaulement (2c) entre les deux parties successives de l'alésage (2) du manchon (1) est de forme tronconique et que l'extrémité (5c) du bouchon (5) opposée à son fond (5b) présente une forme tronco- nique correspondante. 4.- Dispositif de bouchage suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que les sections résistantes des soudures (10a, 10b, 10c) sont ajustées à des valeurs différen- tes, pour diminuer la probabilité de défaillance si- multanee des trois soudures (10a, lOb, 10c). 5.- Dispositif de bouchage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans le cas o la paroi est constituée par la plaque tubulaire (3) d'un générateur de vapeur d'une réacteur nucléaire à eau sous pression et l'orifice (13), par un orifice de passage d'un tube du faisceau, caractérisé par le fait que le manchon (1)- présente un diamètre extérieur identique au diamètre d'un tube du faisceau du générateur de vapeur.