Brevet FR2717409A1 — publié le 19950922

MANDRIN FLEXIBLE D'EXPANSION HYDRAULIQUE La présente invention concerne, de manière générale, des tubes échangeurs thermiques et, en particulier, un dispositif nouveau et utile pour expanser hydrauliquement un tube dans une plaque à tubes ou plaque collectrice. Dans le domaine des installations pour la production de puissance, une plaque collectrice est utilisée pour les générateurs de vapeur nucléaires, les échangeurs thermiques ou les éléments constitutifs similaires qui comportent des milliers d'extrémités de tube. La plaque collectrice a été préalablement percée de nombreux trous permettant l'insertion de chaque extrémité de tube. Les extrémités de tube sont soudées à la plaque collectrice et expansées circonférentiellement dans les trous de la plaque collectrice sur en fait toute l'épaisseur de la plaque collectrice. Ce processus est communément référencé sous le nom d'expansion en profondeur totale. L'expansion des extrémités de tube peut être réalisée par des procédés mécanique ou hydraulique. Lors de la fabrication d'éléments constitutifs destinés à un générateur de vapeur nucléaire, il est préférable d'utiliser l'expansion hydraulique. Chaque tube est expansé hydrauliquement dans son trou de tube après soudage en sorte que I'expansion obture le jeu entre le tube et le trou afin d'éviter un éventuel point de corrosion. L'expansion hydraulique est le procédé recommandé pour les générateurs de vapeur nucléaires parce qu'il produit moins de contrainte résiduelle dans le tube et réduit le risque de fissuration par corrosion sous contrainte comparé à d'autres procédés d'expansion. Le tube est expansé par l'insertion d'une tête. La tête d'expansion est placée de manière étanche à chaque extrémité de la zone d'expansion. De l'eau distillée est pompée sous une pression de l'ordre de 2 500 bars à travers la tête qui expanse le tube et l'applique de manière étanche contre le trou de tube. 2 2717409 La tête d'expansion doit être soigneusement positionnée par rapport à la face secondaire de la plaque collectrice. Si la tête est positionnée au delà de la face, alors une déformation inacceptable du tube pourrait se produire. Si la tête est trop enfoncée dans le trou de tube, un jeu d'une longueur inacceptable pourrait en résulter. Par conséquent, la variation de l'épaisseur de la plaque collectrice est mesurée et la longueur de la tête est ajustée pour garantir un positionnement correct. Dans la région centrale d'une plaque collectrice, les tubes sont expansés en utilisant un mandrin d'expansion hydraulique en profondeur totale en une étape. Pour ceux des tubes qui sont placés à la périphérie externe de la plaque collectrice, une technique d'expansion hydraulique en deux étapes est utilisée pour expanser les extrémités de tube en raison d'une interférence possible avec la tête hémisphérique. Actuellement, il n'existe aucun dispositif connu qui puisse être utilisé pour expanser une extrémité de tube sur toute la plaque collectrice y compris les zones périphériques. La présente invention concerne l'expansion d'extrémités de tube s'étendant dans des plaques collectrices. La présente invention propose un mandrin destiné à l'expansion d'une extrémité de tube comprenant une longueur de fil flexible qui est placée dans une extrémité de tube. Des joints hydrauliques sont placés à chaque extrémité de la longueur de fil flexible afin de rendre étanche une section de l'extrémité de tube. Chaque joint hydraulique est raccordé au fil flexible par un connecteur en acier. Une entrée de fluide hydraulique est prévue à une extrémité du mandrin pour l'alimentation d'un fluide entre les joints afin d'expanser la section de tube. C'est un objet de la présente invention de fournir un mandrin destiné à expanser une extrémité de tube qui soit facile à utiliser, simple à fabriquer et de construction robuste. Les diverses caractéristiques nouvelles qui caractérisent l'invention sont indiquées en détail dans les revendications en annexe et forment 3 2717409 une partie de cette description. Pour une meilleure compréhension de l'invention, de ses avantages de fonctionnement et de ses objets spécifiques atteints en utilisations, il est fait référence aux dessins et à la description joints qui illustrent un mode de réalisation de l'invention. Sur les dessins: la figure 1 est une vue en plan d'une plaque collectrice; la figure 2 est une vue schématique illustrant une tête hémisphérique; la figure 3 est une vue schématique illustrant une plaque collectrice comportant un mandrin connu d'expansion en profondeur totale en une étape et un mandrin connu d'expansion en deux étapes; et la figure 4 est une vue schématique illustrant la présente invention. Comme cela est représenté sur la figure 3, des tubes 4 qui sont placés dans une plaque collectrice (figure 1) sont expansés en utilisant un mandrin 10 connu d'expansion en profondeur totale en une étape pour ceux des tubes qui sont placés dans une partie centrale de la plaque collectrice 2. Pour ceux des tubes 4 qui sont placés près de la périphérie de la plaque collectrice 2, un mandrin 12 connu d'expansion en deux étapes est utilisé pour expanser les tubes 4 du fait de la courbure de la tête hémisphérique 5 (figure 2), empiète sur la zone d'insertion de la tête. Le mandrin 10 connu d'expansion en une étape comporte des joints hydrauliques 14 à chaque extrémité de la tête. Les mandrins 10 et 12 utilisent un collier 13 de calibrage, conjointement avec une poignée 15 et un tube 16 de pression destiné à alimenter en fluide le tube 4 pour l'expansion du tube 4, afin de correspondre à une épaisseur D de la plaque collectrice 2. Le mandrin 12 d'expansion en deux étapes comporte des joints 14 hydrauliques espacés les uns des autres, et une extension 18 flexible, qui est un tuyau flexible, fixée à une extrémité du mandrin 12. Le mandrin 12 d'expansion en deux étapes est un mandrin de demi-longueur qui est 4 2717409 inséré d'un côté primaire 2a de la plaque collectrice 2 et s'étend dans le tube 4 jusqu'à ce qu'il atteigne une position fixée par rapport à un côté secondaire 2b de la plaque collectrice 2. Le mandrin 12 à deux étapes permet à la moitié de la longueur du tube 4 d'être expansée hydrauliquement. Après l'expansion de la moitié du tube 4, le mandrin 12 de demi-longueur est retiré du tube 4. Un second mandrin 12 d'expansion en deux étapes est ensuite inséré dans le tube 4 du côté primaire 2a de la plaque collectrice 2 afin d'expanser la partie restante du tube 4 contenue dans la plaque collectrice 2. On estime que pour les générateurs de vapeur, environ 20% de tous les tubes requièrent une expansion en deux étapes. En raison de cette condition requise de deux étapes, la procédure décrite ci-dessus utilisant le mandrin 12 d'expansion en deux étapes requiert une quantité importante de main d'oeuvre et a un coût élevé. Selon la présente invention, comme cela est représenté sur la figure 4, un mandrin 20 flexible d'expansion hydraulique est utilisé pour toutes les extrémités de tube de toutes les zones d'une plaque collectrice. Le mandrin 20 comprend un fil flexible 22, tel qu'un câble ou une corde, qui est placé dans un tube 4 (figure 3) pour l'expansion du tube selon I'épaisseur D de la plaque collectrice. Un connecteur ou raccord 24, qui est en acier, raccorde un joint hydraulique 26 à chaque extrémité du fil flexible 22. La connexion entre le connecteur 24 et le fil flexible 22 est un câble relié à un raccord 25 de transition en acier. Une entrée 27 de fluide est placée à une extrémité arrière 23 du mandrin 20 opposée à une extrémité avant 21. Le fluide alimenté par l'entrée 27 de fluide est amené entre les joints hydrauliques 26 pour expanser le tube 4 (figure 3). Alors que les modes particuliers de réalisation de l'invention ont été représentés et décrits en détail pour illustrer l'application des principes de l'invention, on comprendra que l'invention peut avoir d'autres modes de réalisation sans s'écarter de ces principes. 2717409 REVENDICATIONS 1. Mandrin pour expanser un tube, le mandrin (20) comprenant: une longueur de fil flexible (22) destinée à être placée dans un tube (4); un moyen d'étanchéité (26) à chaque extrémité (21, 23) de la longueur de fil flexible (22) pour isoler de manière étanche une section du tube (4); un moyen de raccordement (24) pour raccorder le moyen d'étanchéité (26) à la longueur de fil flexible (22); et un moyen d'alimentation pour alimenter en fluide la section isolée de manière étanche du tube (4). 2. Mandrin selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fil flexible (22) est un câble. 3. Mandrin selon la revendication 1,caractérisé en ce que le fil flexible (22) est une corde. 4. Mandrin selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'étanchéité (26) comprend un joint hydraulique. 5. Mandrin selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de raccordement (24) comprend un connecteur. 6. Mandrin selon la revendication 5, caractérisé en ce que le connecteur est en acier. 7. Mandrin selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'alimentation en fluide comprend une entrée (27) à une extrémité (23) du mandrin (20). 8. Mandrin selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite une extrémité (23) est 1' extrémité arrière du mandrin (20).