Brevet FR2718818A1 — publié le 19951020

La présente invention concerne le domaine général des appareils soumis intérieurement à des fluides sous pression, tels que par exemple des échangeurs de chaleur, des générateurs de vapeur, des robinets ou des réacteurs. Ces appareils comportent habituellement un corps en métal, par exemple de l'acier, sur lequel sont fixés par boulonnage des éléments de construction rapportés, tels que des couvercles. Des perçages borgnes taraudés sont ménagés à cet effet sur le corps pour recevoir de façon connue en soi des vis ou goujons de fixation filetés. Les risques qu'un cheminement de fuite dû à une fissuration prenne naissance entre l'intérieur du corps, soumis à la pression du fluide, et le fond du perçage borgne sont d'autant plus élevés que l'épaisseur de matière entre le fond du perçage borgne et l'intérieur du corps est réduite. Ce cheminement de fuite aboutissant au fond du perçage borgne peut provoquer une détérioration de l'assemblage par boulonnage et ultérieurement de l'appareil. Une solution connue pour y remédier consiste à injecter dans le perçage borgne, lorsque la température du fluide sous pression à l'intérieur du corps le permet, un produit thermodurcissable. Cette manière de procéder est préférable à une réparation par soudage qui implique le démontage de l'appareil ou tout au moins de la bride ou du bossage muni du taraudage, et qui nécessite l'arrêt de l'appareil, voirie de l'installation plus générale utilisant cet appareil. En outre, le soudage de certains aciers doit être suivi d'un traitement thermique de détentionnement pénalisant la durée de vie de l'appareil. La présente invention vise à remédier aux inconvénients des procédés de réparation connus et a pour objet un obturateur permettant de faire face à une fuite de fluide sous pression, même froid, provenant du fond d'un perçage borgne taraudé ménagé dans l'épaisseur d'une paroi soumise intérieurement audit fluide sous pression. L'invention y parvient par le fait que l'obturateur comprend un bouchon mécanique comportant un tampon et une pièce de réaction aptes à se déplacer axialement sous l'action de moyens de serrage en rapprochement l'un de l'autre à partir d'une position initiale d'introduction dans le ptrçage, un joint d'étanchéité disposé au contact de la pièce de réaction et du tampon, ces derniers étant en outre conformés de manière à provoquer lors de leur rapprochement une expansion radiale du joint et une fermeture étanche du perçage borgne taraudé. De préférence, le joint s'applique sur une partie non taraudée du perçage de façon à obtenir une bonne étanchéité et à faciliter l'enlèvement du joint le cas échéant. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la pièce de réaction est apte à coopérer par vissage avec un taraudage dudit perçage borgne taraudé. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, l'obturateur comporte en outre une pièce de centrage à introduire dans le fond du perçage borgne taraudé avant la mise en place du bouchon mécanique. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, la pièce de centrage présente une calotte sphérique centrée sur l'axe du perçage borgne taraudé, destinée à venir en appui par un parallèle contre une surface conique du fond du perçage borgne taraudé. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, la pièce de centrage est traversée axialement par un canal permettant une communication de fluide sous pression entre le fond du perçage borgne taraudé et la face frontale du tampon au contact de la pièce de centrage, de manière à ce que la pression du fluide contribue à l'étanchéité en exerçant un effort tendant à rapprocher le tampon et la pièce de réaction. De préférence, ce canal est constitué par un taraudage permettant une préhension de la pièce de centrage au moyen d'une tige filetée. Avantageusement, des appuis en saillie sont formés sur l'une des faces frontales de la pièce de centrage et du tampon en regard de manière à permettre une répartition uniforme du fluide sous pression entre celles-ci. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'inx ention, le joint présente une section axiale généralement trapézoïdale, dont un côté est conformé pour s'appliquer sur une surface tronconique du tampon. De préférence, le joint est constitué d'un matériau ductile, tel que le fer pur, recouvert d'un matériau malléable, tel que l'argent et ladite surface tronconique est recouverte d'un dépôt d'un matériau présentant un bon coefficient de glissement avec le matériau malléable recouvrant le joint, tel que du chrome dans le cas où ce matériau malléable est de l'argent. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le tampon comporte un perçage borgne taraudé débouchant sur sa face frontale tournée vers la pièce de réaction, pour recevoir le filetage d'une vis de serrage dont la tête vient en appui axialement dans un perçage épaulé de la pièce de réaction. De préférence, la tête de la vis présente une creusure à pans hexagonaux pour son vissage au moyen d'une clé de forme complémentaire. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, l'obturateur comporte des moyens d'indexation en rotation du tampon et de la pièce de réaction. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, la pièce de réaction présente sur sa face frontale tournée vers le tampon un alésage centré sur l'axe du perçage borgne taraudé, s'ajustant sur une surface cylindrique du tampon, et elle vient appuyer lors dudit rapprochement par le bord libre de la paroi délimitant radialement l'alésage sur le joint. L'invention a ainsi pour objet un procédé pour remédier à une fuite de fluide sous pression débouchant dans le fond d'un perçage borgne taraudé, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à usiner un nouveau perçage borgne taraudé de même axe en cas d'endommagement du perçage borgne d'origine par la fuite, à mettre en place dans le perçage borgne d'origine ou, le cas échéant, dans le nouveau perçage borgne taraudé, un obturateur mécanique conforme à la présente invention, et à agir sur ce dernier de manière à provoquer la fermeture étanche du perçage borgne taraudé. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de réalisation non limitatif de l'invention, et à l'examen du dessin annexé sur lequel: - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un bouchon mécanique conforme à l'invention, après sa mise en place dans un perçage borgne taraudé, - la figure 2 montre isolément la pièce de centrage représentée sur la figure 1, - la figure 3 est une vue de la pièce de centrage selon la flèche III de la figure 2, - la figure 4 montre isolément le tampon représenté sur la figure 1, - la figure 5 montre isolément la pièce de réaction représentée sur la figure 1, et - la figure 6 montre isolément le joint d'étanchéité représenté sur la figure 1. Le bouchon mécanique représenté sur les figures est constitué de six pièces dont cinq sont généralement symétriques de révolution autour d'un même axe X, et qui peuvent être usinées à la demande aux dimensions du perçage borgne taraudé qu'il convient d'obturer. Le perçage borgne taraudé P représenté sur les figures est symétrique de révolution autour d'un axe confondu avec l'axe X. Le perçage borgne taraudé est ménagé dans l'épaisseur d'une paroi 1 d'un corps d'appareil soumise intérieurement à un fluide 2, gaz ou liquide, sous pression. Le perçage borgne taraudé débouche à l'extérieur 3 de la paroi 1, et présente un taraudage 4 s'étendant sur une partie de sa longueur depuis l'extérieur 3, destiné à recevoir un goujon fileté 7 pour la fixation par exemple d'un couvercle non représenté rapporté sur la paroi 1 du corps d'appareil. Le perçage borgne taraudé P présente également un fond conique 5 et une surface lisse cylindrique de révolution 6 s'étendant axialement entre le fond 5 et le taraudage 4. Le bouchon mécanique représenté sur la figure 1 est destiné à s'appliquer de façon étanche sur la surface lisse 6 pour isoler le fond 5 de l'extérieur 3 et contenir le fluide 2, débouchant par un cheminement de fuite C dans le fond 5 du perçage borgne taraudé P. Le bouchon mécanique comporte inférieurement une pièce de centrage 10 dont la forme est adoptée à la géométrie du fond du perçage borgne. Cette pièce de centrage 10 est destinée à faciliter le positionnement correct d'un tampon d'obturati()n '(), rapporté supérieurement sur celle-ci. La pièce de centrage 10 est traversée en son centre selon l'axe X par un taraudage 11 permettant sa mise en place et son enlèvement au moyen d'une tige filetée comme cela sera précise dans la suite. Le taraudage 11 débouche inférieurement sur la face frontale inférieure de la pièce de centrage 10, délimitée par une surface plane centrale 12 perpendiculaire à l'axe X, prolongée radialement vers l'extérieur par une calotte sphérique 13, convexe et se raccordant à l'oppose de la surface plane 12 sur la surface latérale 14 cylindrique de révoluti n autour de l'axe X de la pièce de centrage 10. Le taraudage 11 debouche supérieurement dans le fond d'un lamage 15 de faible profondeur, ménagé sur la face frontale supérieure de la pièce de centrage 10. Ce lmjge 1 5 présente un diamètre légèrement supérieur à celui de la surface plane I ' et il est bordé radialement vers l'extérieur par un anneau de matière l.. Ce dernier est délimité supérieurement par une surface plane perpendiculaire à à l'axe X sur laquelle sont ménagés des appuis 17 formant saillie au-deshuh cfc la surface 16 et dont les faces frontales sont perpendiculaires à l'axe X. Dans l'exemple représenté sur les figures, ces appuis sont au nombre de huit. Lorsqu'elle est en place dans le perçage borgne taraudé, la pièce de centrage 10 s'applique selon un parallèle de la calotte sphérique 13 sur la surface conique 5. Le tampon 20, représenté isolément sur la figure 4, est délimité axialement par une face frontale supérieure 21 et par une face frontale inférieure 22, planes et parallèles entre elles et perpendiculaires à l'axe X. La face frontale inférieure 22 se raccorde à sa périphérie sur la surface latérale 23 la plus radialement externe du tampon 20, dont le diamètre est légèrement inférieur à celui de la surface lisse 6 du perçage borgne de manière à s'ajuster étroitement dans ce dernier. La face frontale supérieure 21 se raccorde à sa périphérie sur une surface latérale cylindrique de révolution 24, de diamètre moindre que celui de la surface latérale 23. Les surfaces cylindriques 23 et 24 sont séparées par une surface tronconique 25 convergeant en rapprochement de la face frontale supérieure 21. De préférence, l'angle au sommet de cette surface tronconique est égal à 25 tampon 20 est muni en son centre d'un perçage borgne taraudé 26 destine à venir en prise avec une vis 30 de serrage d'une pièce de réaction 4(). On a représenté isolément la pièce de réaction 40 sur la figure 5. Cette pièce est traversée en son centre par un perçage épaulé 41 s'entendant selon l'axe X et définissant une surface d'appui axial 42 pour la slS précitée. La pièce de réaction 40 est alésée sur sa face frontale inferieure pour définir un logement 43 délimité radialement par une surface cylindrique de révolution autour de l'axe X, dont le diamètre est choisi légèrement supérieur à celui de la surface latérale 24, de sorte que la pièce de réaction 40 s'ajuste étroitement sur le tampon 20. La pièce de réaction 40 est filetée extérieurement en 44 pour venir en prise dans le taraudage 4. lu préférence, ce filetage 44 s'étend depuis la face frontale supérieure 4n Je la pièce de réaction 40 sur une partie seulement de sa longueur, mesurce vlon l'axe X, de sorte que lorsqu'elle est vissée jusqu'à l'extrémité inférieure du taraudage 4, la pièce de réaction s'étend au-delà de ce dernier par sa paroi délimitant radialement le logement 43. Des perçages borgnes 46 sont réalisés sur la face l~r(ntlle supérieure 45 pour accueillir les ergots d'une clé de vissage de la piet e de réaction 40 dans le taraudage 4. Dans l'exemple décrit, ces percages 46 borgnes sont au nombre de deux et sont diamétralement opposés. De préférence, des moyens d'indexation en rotation du tampon 20 et de la pièce de réaction 40 sont prévus, de manière à interdire lors du vissage de la vis 30 pour le serrage de la pièce de réaction 40 sur le tampon 20, un mouvement de rotation d'une pièce par rapport à l'autre. Ces moyens d'indexation sont constitués par exemple par un usinage complémentaire non symétrique de révolution de la surface latérale 24 du tampon 20 et du logement 43 de la pièce de réaction 40 ou, comme représenté sur la figure 1, par une goupille 70 introduite dans deux perçages 27 et 48 en regard ménagés respectivement sur la face frontale supérieure de tampon 20 et le fond du logement 43 de la pièce de réaction 40. La vis 30 est avantageusement, comme représenté sur la figure 1, du type présentant sur sa face frontale supérieure une creusure à pans hexagonaux 31, destinée à recevoir une clé de serrage mâle de forme complémentaire. Un joint d'étanchéité 50, de section essentiellement trapézoïdale, est enfilé sur le tampon 20, et vient au contact de la pièce de réaction 40. Le joint 50, représenté en demi-section axiale sur la figure 6, présente une surface radialement externe 51 cylindrique de révolution autour de l'axe X, destinée à contacter la surface lisse 6 du perçage borgne, deux faces frontales supérieure 52 et inférieure 53 planes et parallèles entre elles et perpendiculaires à l'axe X et une surface radialement interne constituée par la réunion d'une surface supérieure 54 radialement la plus interne cylindrique de révolution autour de l'axe X et d'une surface inférieure 55 radialement la moins interne, tronconique et faisant avec l'axe X le méme angle que la surface tronconique 25 du tampon 20. Lorsque le joint 50 est en place sur le tampon 20 mais que la pièce de réaction 40 n'est pas serrée sur ce dernier, la surface tronconique 55 s'applique sur la surface tronconique 25, la surface radialement externe 51 s'ajuste sans serrage sur la surface lisse 6 et la face frontale supérieure 52 est au contact de la face frontale inférieure 47 de la pièce de réaction 40, plus précisément du bord inférieur de la paroi délimitant radialement l'alésage 43. De préférence, le joint 50 est constitué de fer pur ruz et extérieurement d'argent. Par l'emploi du fer qui présente une bonne ductilité on obtient une déformation plastique du joint, et par emploi d'argent, malléable, on assure une bonne étanchéité. Le tampon 20 est quant à lui avantageusement revêtu sur sa surface tronconique 25 de chrome. le couple argent et chrome permettant d'obtenir un bon glissement du joint 5() sur la surface tronconique 25 du tampon 20, lors du serrage de la pièce de réaction 40 sur le tampon 20. La mise en oeuvre de l'obturateur conforme à l'invention est la suivante. Préalablement à la mise en place de l'obturateur, il peut s'avérer nécessaire d'usiner le perçage borgne P dans lequel débouche le cheminement de fuite C en approfondissant par exemple le taraudage 4 d'une longueur légèrement supérieure à la longueur du taraudage 44 de la pièce de réaction, de manière à pouvoir, après réparation, utiliser un goujon 7 de taille identique à celui d'origine. Si le goujon 7 et le perçage 4 ont été endommagés par la fuite il faut alors usiner un taraudage de plus grand diamètre, voire plus profond. La pièce de centrage 10 est d'abord déposée dans le fond du perçage borgne taraudé P, la calotte sphérique 13 venant au contact de la surface conique 5 de celui-ci comme représenté sur la figure 1. La mise en place de la pièce de centrage 10 s'effectue en utilisant une tige filetée engagée dans le taraudage 1 1 de celle-ci. Ensuite, l'ensemble constitué par la pièce de réaction 40, le joint 50 et le tampon 20, maintenu sous la pièce de réaction 40 par la vis 30 en prise dans le taraudage 26 et s'appuyant axialement contre l'épaulement 42 du perçage 41, est introduit et vissé dans le taraudage 4 du perçage borgne jusqu'à ce que le tampon 20 vienne en appui axialement par sa face frontale inférieure 22 contre les appuis 17 de la pièce de centrage 10. Ce vissage est effectué à l'aide d'une clé à ergots s'engageant dans les perçages 46 ménagés sur la face frontale supérieure de la pièce de reaction 40. Une fois la mise en place et le centrage de l'ensemble constitué par le tampon 20, le joint 50 et la pièce de réaction 40 effectués, la vis 3() est X issée au moyen d'une clé hexagonale mâle, ce qui provoque un rapprochement de la pièce de réaction 4() et du tampon 20. Lors du déplacement relatif de ces deux pièces, le joint 50 poussé vers le bas par la face frontale inférieure 47 de la pièce de réaction A() glisse sur la face tronconique 25 du tampon 20 et s'expanse pour venir s'appliquer de façon étanche sur la surface lisse 6. Après serrage de la vis 30, le goujon 7, neuf ou d'origine, est vissé dans le taraudage 4 jusqu'à venir appuyer par sa face frontale inférieure sur la face frontale supérieure de la pièce de réaction 40. Ce goujon, est avantageusement alésé intérieurement selon l'axe X de bout en bout de manière à permettre le passage d'une clé de serrage de la vis 30 après mise en place de celui-ci. Le démontage s'opère en effectuant les opérations inverses. Le bouchon mécanique conforme à l'invention permet de remédier rapidement à un cheminement de fuite débouchant dans le fond d'un perçage borgne taraudé, sans démonter l'appareil. Grâce au taraudage central 1 1 de la pièce de centrage 10 et à l'espace ménagé entre le fond du lamage 15 et la face frontale inférieure 22 du tampon 20, le fluide 2 débouchant dans le fond du perçage borgne P par le cheminement de fuite C peut venir exercer une pression sur la face frontale inférieure 22 du tampon 20 et créer ainsi un effort axial supplémentaire de serrage du joint 50, donc contribuer à l'excellente étanchéité du dispositif d'obturation conforme à l'invention. Bien entendu, I'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit. On peut notamment, bien que cela constitue une solution moins avantageuse, ne pas utiliser de pièce de centrage 10 et conformer alors la face frontale inférieure du tampon 20 à la géométrie du fond du perçage borgne P. On peut également proposer d'autres moyens d'indexation en rotation du tampon 20 et de la pièce de réaction 40, et une géométrie différente du tampon 20, du joint 50 ou de la pièce de réaction 40. REVENDICATIONS 1/ Obturateur à introduire dans un perçage borgne taraudé (P) pour remédier à une fuite de fluide sous pression débouchant dans le fond (5) de ce perçage (P), caractérisé en ce qu'il comprend un bouchon mécanique (20, 30, 40) comportant un tampon (20) et une pièce de réaction (40) aptes à se déplacer axialement sous l'action de moyens de serrage (30) en rapprochement l'un de l'autre à partir d'une position initiale d'introduction dans le perçage, un joint d'étanchéité (50) disposé au contact de la pièce de réaction (40) et du tampon (20), ces derniers étant en outre conformés de manière à provoquer lors de leur rapprochement une expansion radiale du joint et une fermeture étanche du perçage borgne taraudé (P). 2/ Obturateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce de réaction est apte à coopérer par vissage avec un taraudage (4) dudit perçage borgne taraudé (P). 3/ Obturateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une pièce de centrage (10) à introduire Jans le fond du perçage borgne taraudé avant la mise en place du bouchon mécanique (20, 30, 40). 4/ Obturateur selon la revendication 3, caractérisé en c-c que la pièce de centrage présente une calotte sphérique (13) centrée sur l arc du perçage borgne taraudé (P), destinée à venir en appui par un parallèle contre une surface conique (5) du fond du perçage borgne taraudé ( I > . 5/ Obturateur selon l'une des revendications 3 et 4, caracterise en ce que la pièce de centrage (10) est traversée axialement par un canal (11) permettant une communication de fluide sous pression entre le f 6/ Obturateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le canal (11) est constitué par un taraudage permettant une préhension de la pièce de centrage au moyen d'une tige filetée. 7/ Obturateur selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que des appuis (17) en saillie sont formés sur l'une des faces frontales de la pièce de centrage et du tampon en regard de manière à permettre une répartition uniforme du fluide sous pression entre celles-ci. 8/ Obturateur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le joint présente une section axiale généralement trapézoïdale, dont un côté (55) est conformé pour s'appliquer sur une surface tronconique (25) du tampon (20). 9/ Obturateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le joint est constitué d'un matériau ductile, tel que le fer pur recouvert d'un matériau malléable, tel que l'argent, et ladite surface tronconique est recouverte d'un dépôt d'un matériau présentant un bon coefficient de glissement avec le matériau malléable recouvrant le joint, tel que du chrome dans le cas où ce matériau malléable est de l'argent. 10/ Obturateur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le tampon (20) comporte un perçage borgne taraudé (26) débouchant sur sa face frontale tournée vers la pièce de réaction, pour recevoir le filetage d'une vis de serrage (30) dont la tête vient en appui axialement dans un perçage épaulé (42) de la pièce de réaction (40). 11/ Obturateur selon la revendication 10, caractérisé en ce que la tête de la vis (30) présente une creusure à pans hexagonaux pour son x tissage au moyen d'une clé de forme complémentaire. 12/ Obturateur selon l'une des revendications 1 à 11, caracterise en ce qu'il comporte des moyens d'indexation en rotation (70) du tampon (~()) et de la pièce de réaction (40). 13/ Obturateur selon l'une des revendications 1 à 12, caracterise en ce que la pièce de réaction (40) présente sur sa face frontale tournee vers le tampon (20) un alésage (43) centré sur l'axe du perçage borgne taraude P), s'ajustant sur une surface cylindrique (24) du tampon (20), et en ce qu'elle vient appuyer lors dudit rapprochement par le bord libre (47) de la paroi délimitant radialement l'alésage (43) sur le joint (50). 14/ Procédé pour remédier à une fuite de fluide sous proul()n débouchant dans le fond d'un perçage borgne taraudé (P), caracterise en s e qu'il comprend les étapes consistant à usiner un nouveau perçage h