Brevet FR2652673A2 — publié le 19910405

FR 2652673 A2 19910405 FR 8912790 A 19890929 2652673- L'invention concerne un perfectionnement au dispositif d-obturation et de retenue d'un bouchon de fermeture étanche d'un tube de générateur de vapeur faisant lobjet de la demande de brevet principale n 89-08412 du 23 juin 1989. La demande de brevet principale concerne un dispositif dobturation et de retenue d-un bouchon de fermeture étanche d-un tube de générateur de vapeur et en particulier d-un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. Le bouchon de fermeture du tube comporte une enveloppe de forme tubulaire fermée à l'une de ses extrémités par un fond étanche et engagée dans une extrémité du tube de manière que le fond soit disposé à l'intérieur du tube. Un noyau traversé par un alésage taraudé à sa partie centrale est engagé à l'intérieur de l'enveloppe pour réaliser le blocage du bouchon dans le tube par expansion diamétrale de l'enveloppe. Afin de limiter les fuites éventuelles au niveau du bouchon et d-éviter les risques de rupture et d'éjection de l'enveloppe du bouchon de fermeture du tube dans le générateur de vapeur en service, la demande de brevet 89-08412 déposée par la Société FRAMATOME le 23 juin 1989 propose un dispositif d'obturation et de retenue comportant une tige filetée susceptible d'être vissée dans le trou taraudé traversant le noyau. La tige filetée est solidaire, à 1-une de ses extrémités. d'un élément de blocage dont le diamètre extérieur est supé- rieur au diamètre de la tige et qui est destiné à venir s'engager dans l'extrémité de l'enveloppe du bouchon opposée au fond de fermeture, lorsque la tige filetée est vissée dans le noyau. L'élément de blocage de la tige est muni de moyens coopérant avec lextrémité de l'enveloppe du bouchon pour réaliser le blocage en rotation et/ou en translation du dispositif d obtura- tion. Le dispositif suivant l'invention produit une chute de pression telle à l'intérieur de l'enveloppe du bouchon que les risques d'éjection du fond du bouchon, en cas de rupture de la partie supérieure de l'enveloppe du bouchon, sont pratiquement inexistants. De plus, dans le cas o l'enveloppe du bouchon viendrait à se rompre en-dessous du noyau, la tige file- tée assure la retenue du noyau et de la partie supérieu- re de l'enveloppe. Cependant, dans ce cas, les vibrations engen- drées par la circulation de l'eau primaire venant en contact avec le bouchon peuvent entraîner des risques de séparation du noyau et de la tige filetée par dévissage, si bien que le dispositif de retenue ne joue plus son rôle. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif dobturation et de retenue selon la revendi- cation 1 du brevet principal permettant de limiter ou d'éviter des risques de dévissage du noyau engagé en force à l'intérieur de l'enveloppe du bouchon et donc d'améliorer la retenue de l'enveloppe du bouchon, en cas de rupture de cette enveloppe dans sa partie inférieure. Dans ce but, la tige filetée comporte au moins une ouverture transversale perpendiculaire à son axe, débouchant de part et d'autre de la tige, dans laquelle est engagée une pièce de freinage destinée à venir en contact par des parties d-extrémité avec les filets du trou taraudé du noyau, lors du vissage de la tige file- tée dans le noyau. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemples non limita- tifs, en se référant aux figures jointes en annexe, deux modes de réalisation d'un dispositif perfectionné sui- vant l'invention La figure 1 est une vue en élévation avec coupe partielle par un plan axial de symétrie d'un bouchon de fermeture d-un tube de générateur comportant un dispositif d'obturation et de retenue suivant l'in- vention et suivant un premier mode de réalisation, le noyau expanseur du bouchon étant dans une première position de serrage. La figure 1A est une vue analogue à la figure 1 montrant le bouchon avec son noyau expanseur dans sa position basse de serrage maximal. La figure 2 est une vue en élévation et en coupe partielle montrant la pièce de freinage du dispo- sitif d'obturation en position permettant son insertion dans l'ouverture de' la tige filetée. La figure 3 est une vue en élévation et en coupe partielle d-un bouchon de fermeture d'un tube de générateur de vapeur comportant un dispositif d'obtura- tion et de retenue suivant l'invention et suivant un second mode de réalisation, le noyau expanseur du bou- chon étant dans une première position de serrage. La figure 3A est une vue analogue à la figure 3 montrant le bouchon avec son noyau expanseur dans une seconde position correspondant à sa position basse de serrage maximal. De manière générale. les bouchons de fermeture représentés sur les figures 1 et 3 ont une structure analogue à la structure du bouchon de fermeture repré- senté sur les figures 10 et 10A du brevet principal. Le bouchon désigné de manière générale par le repère 100 comporte une enveloppe tubulaire 101 fermée à l'une de ses extrémités par un fond 102 et comportant un alésage intérieur de forme tronconique ou cylindro- tronconique dans lequel est engagé un noyau expanseur 103 dont la forme tronconique correspond à celle de l'alésage de l'enveloppe 101 du bouchon. La surface extérieure de l'enveloppe 101 peut comporter des cannelures en saillie radiale améliorant la fixation du bouchon à l-intérieur du tube lors de son expansion diamétrale. Avant la mise en place du bouchon dans un tube du générateur de vapeur dont on réalise l'obturation, le noyau expanseur 103 est disposé dans la partie supérieu- re de l'alésage de lYenveloppe 101 qui constitue la partie à grand diamètre de l-alésage. Dans cette posi- tion, le noyau expanseur 103 n'exerce aucune action sur les parois de l]enveloppe 101. L'expansion de lenvelop- pe du bouchon à l'intérieur du tube est réalisée par traction vers le bas sur le noyau expanseur 103. Sur la figure 1, on a représenté une première position de serrage du bouchon, dans lequel le noyau expanseur est dans une première position intermédiaire entre sa position haute et sa position basse. Sur la figure lA, on a représenté le bouchon avec le noyau expanseur 103 dans sa position basse correspondant au serrage maximal d'un bouchon ayant une amplitude de déplacement accrue du noyau expanseur 103. Le dispositif d'obturation suivant l'invention qui présente une structure générale analogue à celle représentée sur les figures 10 et 10A du brevet princi- pal comporte une tige filetée 105 engagée dans l'alésage taraudé 103' du noyau expanseur 103, dans sa position de service o cette tige assure la retenue du noyau expan- seur 103. La tige filetée 105 comporte une extrémité lisse 105a prolongée vers le bas par une partie élargie diamétralement 106 à lintérieur de laquelle est usiné un alésage 107 de direction axiale ayant un profil et une section transversale permettant lengagement d'un outil de forme appropriée dans cet alésage constituant la partie inférieure de la tige filetée 105, pour effec- tuer le vissage de la tige 105 à l'intérieur de l'alésa- ge taraudé 103' du noyau expanseur 103 en position de serrage à l'intérieur de l'enveloppe 101 du bouchon. La partie 106 constituant l'extrémité infé- rieure de la tige 105 est solidaire d-une virole mince déformable 108 dont l'axe est confondu avec l'axe de la tige filetée 105. La partie inférieure ouverte de l'enveloppe du bouchon comporte un alésage taraudé 109 dans lequel est vissée une pièce 110 constituée sous la forme d'une vis creuse tubulaire ou d'un écrou ayant un filetage externe correspondant en ce qui concerne son pas et sa dimen- sion, à la partie taraudée 109 de l'alésage de l'enve- loppe 101 du bouchon. La pièce 110 fixée par vissage à l'intérieur de l'enveloppe 101 du bouchon 100 constitue la partie inférieure de cette enveloppe dans laquelle vient s'en- gager l'élément de blocage de la tige 105 constitué par la virole déformable 108. L'alésage intérieur de la pièce 110 comporte une partie élargie diamétralement dans laquelle vient s'engager la virole 108. Cet alésage comporte des embrè- vements en saillie radiale vers l'extérieur dans les- quels on vient engager par repoussage des parties 108a de la virole déformable 108, pour assurer le blocage en rotation de la tige 105 engagée par vissage dans l'alé- sage 103' du noyau expanseur 103. La pièce 110 comporte en outre un taraudage interne 110a à sa partie terminale supérieure. Ce tarau- dage 11Oa n'a comme objet que la mise en place de la pièce 110 sur la tige 105. Le pas et la dimension de ce taraudage correspondent donc au filetage de la tige 105. L'alésage taraudé 103' du noyau expanseur 103 et l'alésage taraudé 109 de l'enveloppe 101 du bouchon présentent des pas de vis différents, si bien qu'après qu'on ait réalisé le blocage en rotation de la tige 105 par rapport à la pièce 110, l'ensemble constitué par la tige 105 et la pièce 110 ne peut plus être séparé du noyau expanseur 103 par dévissage. Cependant, dans le cas d'une rupture de l'en- veloppe 101 en-dessous du noyau expanseur 103, le noyau expanseur inséré en force dans l'alésage de l'enveloppe 101 est susceptible de se séparer de la tige 105 par dévissage Selon le présent perfectionnement, comme il est visible sur les figures 1 et 2, la tige 105 est percée d'une ouverture transversale 112 perpendiculaire à son axe 111 et débouchant de part et d'autre de la surface latérale de la tige 105, dans sa partie filetée. De manière préférentielle. l'ouverture 112 est à section circulaire et comporte un axe 113 dirigé suivant un diamètre de la section de la tige 105. Comme il est visible sur la figure 2, avant de réaliser le vissage de la tige filetée 105 dans l'alé- sage taraudé 103' du noyau 103, on engage et on intro- duit dans l]ouverture 112 une pièce de freinage 115 de forme cylindrique dont le diamètre est égal, au jeu de montage près, au diamètre intérieur de l'ouverture 112. La longueur de la pièce de freinage ou insert est inférieure au diamètre extérieur maximal de la partie filetée de la tige 105 et très légèrement supé- rieur au diamètre de cette tige en fond de filet. Lorsque la pièce de freinage 115 est introdui- te en position centrée dans l'ouverture 112. seules ses parties d'extrémité, sur une petite longueur d'arc de sa section, sont très légèrement saillantes par rapport au bord de l'ouverture 112, dans ses parties débouchant sur la surface latérale filetée de la tige 105. Lorsqu'on réalise le vissage de la tige 105 du dispositif d'obturation et de retenue suivant l'inven- tion munie d-une pièce de freinage 115 introduite dans une ouverture transversale 112, à l'intérieur de l'alé- sage 103- d'un noyau 103 placé dans une position de serrage, comme représenté sur la figure 1 ou sur la figure 1A, les parties d'extrémité de la pièce de frei- nage 115 viennent en contact avec le premier filet de l'alésage taraudé 103' placé à l'extrémité inférieure de cet alésage taraudé 103'- La pièce de freinage 115 est réalisée en un matériau dont la dureté est très inférieure à la dureté du matériau constituant le noyau expanseur 103. Le noyau expanseur 103 peut être constitué par un alliage de nickel à haute résistance et la pièce de freinage 115 par un matériau à base de nickel faiblement allié et de faible dureté Au moment o la pièce de freinage vient en contact avec le premier filet de l'alésage taraudé 103', le couple de serrage augmente de manière extrêmement sensible et, reste élevé pendant le premier tour effectué par la tige filet6e 105 après mise en contact de la pièce de freinage 115 avec le premier filet de l'alésage taraudé 103-. En effet, pendant ce premier tour, le premier filet de l'alésage taraudé doit pénétrer à l'intérieur du métal des parties saillantes de la pièce de freinage , pour constituer des entailles assurant le passage des filets. Le couple de serrage diminue ensuite de maniè- re sensible à l'issue du premier tour, puis de manière progressive pendant les tours suivants de la tige file- tée 105. Dans le cas d'une pièce de freinage d'un dispositif d'obturation et de retenue d'un bouchon d'obturation d'un tube de générateur de vapeur en utili- sant une pièce de freinage en alliage de nickel à faible dureté, on a pu observer une diminution progressive du couple de serrage pendant dix tours de la tige filetée 105, ce couple restant sensiblement supérieur au couple de serrage de la tige sans pièce de freinage à l issue des dix tours. Comme il est visible sur les figures 1 et lA, en fin de vissage de la tige 105, la partie élargie 106 de la tige étant en butée contre la pièce 110 et la virole 108 en position de blocage à lJintérieur de lJalésage de la pièce 110, la pièce de freinage 115 est susceptible de se trouver à un niveau variable suivant la hauteur du trou taraudé 103- du noyau expanseur 103, en fonction de la position de serrage du noyau. Dans le cas de la figure 1, la pièce de frei- nage 115 est en contact avec le premier filet ou avec lJun des premiers filets de l'alésage taraudé 103' alors que dans le cas de la figure 1A, la pièce de freinage 115 se trouve en contact avec un filet de l'alésage taraudé 103- situé à une distance relativement importan- te du premier filet dengagement de lJalésage taraudé. La position de la pièce de freinage 115 dans la partie filetée de la vis 105 est choisie de manière qu'au moment o la tige filetée est dans sa position définitive, la pièce de freinage 115 a effectué un nombre de tours compris entre un et dix à 1/ intérieur de lJalésage taraudé 103. De cette manière, le couple de serrage de la tige 105 et donc le couple de desserrage du noyau expanseur par rapport à cette tige restent sensiblement supérieurs au couple de serrage ou de des- serrage de la tige filetée ne comportant pas de pièce de freinage La position de la pièce de freinage 115 permet d'assurer dans tous les cas la mise en prise de la pièce de freinage avec l'un au moins des filets de l'alésage taraudé du noyau expanseur 103. Dans le cas d-une rupture de l'enveloppe du bouchon en-dessous du noyau expanseur, pendant le fonc- tionnement du générateur de vapeur, le couple de desser- rage sensiblement accru du noyau expanseur permet de limiter les risques de séparation par dévissage du noyau expanseur et de la partie supérieure de l'enveloppe du bouchon, de la tige filetée 105. Sur les figures 3 et 3A, on a représenté une variante de réalisation du dispositif d'obturation per- fectionné suivant l'invention. Les éléments correspondants sur les figures 1 et 1A d'une part et 3 et 3A d'autre part portent les mêmes repères. Le dispositif d'obturation et de retenue représenté sur les figures 3 et 3A est pratiquement identique au dispositif représenté sur les figures 1 et iA et comporte une tige filetée 105' solidaire, à l'une de ses extrémités, d-une partie élargie permettant sa fixation par rapport à l'enveloppe du bouchon. Afin d'accroître la sécurité du dispositif, en ce qui concerne la retenue de l'enveloppe du bouchon, la tige 105- comporte deux ouvertures transversales 120 et 121 traversant la partie filetée de la tige 105' dans deux zones espacées axialement et situées respectivement au voisinage du centre de la partie filetée et au voisi- nage de l'extrémité inférieure de cette partie filetée de la tige 105'. Une pièce de freinage 122 est introduite avant vissage de la tige 105dans l'ouverture 120 et une seconde pièce de freinage 123 est introduite dans la seconde ouverture 121. Les pièces 122 et 123 sont, comme précédemment décrit en ce qui concerne la pièce 115, réalisées sous forme cylindrique en un matériau dont la dureté est inférieure au matériau du noyau expanseur 103. Les pièces de freinage 122 et 123 ont une longueur telle que leur partie latérale d'extrémité se trouve légèrement saillante par rapport au bord des extrémités débouchan- tes des ouvertures 120 et 121. Comme il est visible sur la figure 3, la pièce de freinage supérieure 122 disposée dans l'ouverture 120 de la tige filetée se trouve en contact avec l-un des premiers filets de l'alésage taraudé 103-, lorsque la tige filetée 105- est dans sa position définitive. La pièce de freinage 123 reste dans une zone de la tige ' ne venant pas en contact avec l alésage taraudé du noyau 103. Le couple de desserrage du noyau 103, en cas de rupture de l'enveloppe 101 du bouchon en-dessous de ce noyau 103 est élevé, dans la mesure o la pièce de freinage 122 est en contact avec lVun des premiers filets de l'alésage 103-. En se reportant à la figure 3A, on voit que dans la position définitive de la tige de retenue 105'. la pièce de freinage supérieure 122 se trouve dans une zone située au-dessus du noyau 103 et la pièce de frei- nage inférieure 123 est en prise avec les filets de l'alésage taraudé 103', dans la partie initiale de cet alésage. Le couple de desserrage du noyau 103, en cas de rupture de l'enveloppe du bouchon en-dessous du noyau expanseur, est élevé, dans la mesure o la pièce de freinage 123 n'est entrée en contact qu'avec les pre- miers filets de l'alésage taraudé 103'. Pendant le vissage de la tige 105-, le couple de serrage est relativement élevé pour permettre le passage de la pièce de freinage 122 dans l'alésage taraudé 103- du noyau expanseur 103. Pour réduire ce couple de serrage jusqu'au moment o la pièce 123 vient en contact avec les filets de l'alésage 103', on prévoit une pièce de freinage supérieure 122 dont la longueur est légèrement inférieu- re à la longueur de la pièce de freinage 123. - Dans tous les cas, le perfectionnement suivant l'invention permet d'améliorer l'efficacité du disposi- tif de retenue du bouchon, dans le cas d'une rupture de son enveloppe en-dessous du noyau expanseur. Il est bien évident que l'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été décrits. L'ouverture traversant la tige peut être pla- cée dans une direction transversale qui ne corresponde pas à un diamètre de la tige et cette ouverture peut avoir une section de forme quelconque. La pièce de freinage introduite dans l'ouver- ture peut avoir une forme quelconque en fonction de la forme de la section de l'ouverture et peut être réalisée en un matériau quelconque, en fonction de la nature du matériau constituant le noyau expanseur. On peut disposer, suivant la longueur de la tige, un nombre quelconque de pièces de freinage dispo- sées dans des ouvertures transversales réparties suivant la longueur de la tige, de manière déterminée en fonc- tion des positions possibles du noyau expanseur, après serrage du bouchon. Il est bien évident également que le perfec- tionnement suivant l'invention peut être appliqué à un dispositif d'obturation et de retenue d'une forme diffé- rente de celle qui a été décrite et en particulier à un dispositif d'obturation suivant l'un quelconque des modes de réalisation décrit dans le brevet principal. REVENDICATIONS 1.- Dispositif d'obturation et de retenue selon la revendication 1 du brevet principal, carac- térisé par le fait que la tige filetée (105, 105') comporte au moins une ouverture transversale (112, 120, 121) perpendiculaire à son axe (111), débouchant de part et d'autre de la tige (105, 105'), dans laquelle est engagée une pièce de freinage (115, 122, 123) destinée à venir en contact par des parties d'extrémité avec les filets du trou taraudé (103-) du noyau (103), lors du vissage de la tige filetée (105, 105') dans le noyau (103). 2.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'ouverture (112, 120, 121) présente une direction axiale correspondant à un diamè- tre de la section de la tige (105, 105'). 3.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'ouverture (112, 120, 121) et la pièce de freinage correspondante (115, 122, 123) présentent une section transversale de forme circulaire. 4.- Dispositif suivant lJune quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la pièce de freinage (115, 122, 123) est réalisée en un matériau dont lq dureté est sensiblement inférieure à la dureté du matériau constituant le noyau (103) 5.- Dispositif suivant J/une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la pièce de freinage (115, 122, 123) a une longueur dans sa direction axiale correspondant à la direction axiale de l'ouverture (112, 120, 121) de la tige (105, 105-) supé- rieure au diamètre en fond de filet de la tige filetée (105, 105-). 6.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la tige (105') comporte deux ouvertures (120, 121) succes- sives et espacées dans sa direction axiale dans chacune desquelles est engagée une pièce de freinage correspon- dante (122, 123). 7.- Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que la pièce de freinage (122) engagée dans l'ouverture (120) de la tige (105 ) dispo- sée le plus près de l'extrémité de la tige voisine du fond (102) du bouchon présente une longueur inférieure à la pièce de freinage (123) engagée dans l'ouverture (121) placée le plus près de l'extrémité de la tige (105') solidaire de sa partie élargie (106, 107) engagée pour la fixation de la tige (105') dans l'ouverture de l'enveloppe (101) du bouchon.