Brevet FR2827674A1 — publié le 20030124

La présente invention concerne d'une façon générale les équipements de tests de soupapes de sûreté telles que des soupapes de sûreté utilisées dans les circuits de fluide dans les installations de production d'énergie, notamment d'énergie nucléaire. La sécurité des installations nucléaires et de leurs différents circuits tels que les circuits de vapeur est une préoccupation évidente. C'est pourquoi les soupapes de sûreté intervenant dans de tels circuits et destinées à s'ouvrir lorsque la pression excède un seuil donné doivent être inspectées et vérifiées de façon régulière quant à leur structure et leur fonctionnement, et tarées si nécessaire. Un banc-test classique pour de telles soupapes comprend des moyens pour soumettre la soupape à une certaine pression de liquide, généralement de l'eau, et pour déterminer le niveau de pression pour lequel la soupape s'ouvre. Ainsi des moyens plus ou moins sophistiqués comprenant manomètres, capteurs de déplacement, etc., et le cas échéant un dispositif pour enregistrer les signaux en sortie de capteurs ont été jusqu'à présent développés. La procédure consiste à placer la soupape sur le banc-test en la fixant de façon étanche sur une platine, et à remplir la chambre de la soupape par le bas par un flux d'eau montant. Pour éviter la présence d'air résiduel au-dessus du niveau d'eau dans la chambre, qui fausserait significativement les mesures, on soulève le disque ou autre organe mobile d'obturation de la soupape, situé en haut de la chambre, puis on le referme une fois que l'eau a atteint ou dépassé le niveau du disque, pour ainsi réaliser une purge. Toutefois cette procédure implique de manoeuvrer la soupape avant de la tester. Or certaines spécifications en matière de test de soupapes, et notamment la spécification de l'American Society of Mechanical Engineers (ASME), impose de tester la soupape par un premier tir sans qu'elle ait subi la moindre manoeuvre entre le moment ou elle a été démontée de sa position opérationnelle et ce premier tir sur le banc-test. La procédure de purge décrite plus haut est donc impossible, puisqu'elle imposerait de déplacer à force, avant le tir lui-même, le disque de la soupape. La présente invention vise à pallier ces inconvénients et à proposer un procédé et un appareil de test de soupapes qui puissent réaliser un test de soupape sensiblement sans présence d'air résiduel, et sans avoir à manoeuvrer la soupape préalablement au premier tir. Ainsi la présente invention prévoit, selon un premier aspect, un procédé de test d'une soupape telle qu'une soupape de sûreté, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - fixation de la soupape sur un banc-test possédant une arrivée de liquide, de telle sorte que ladite arrivée de liquide débouche dans une partie inférieure d'une chambre de soupape délimitée en partie supérieure par une partie mobile de soupape, - remplissage de la chambre avec le liquide à partir de ladite arrivée, - au moins pendant une phase finale du remplissage, aspiration de l'air présent dans la chambre au-dessus du liquide à partir de la partie supérieure de la chambre, à proximité de la partie mobile, et - mesure de la résistance à l'ouverture de soupape en faisant varier la pression du liquide. Certains aspects préférés, mais non limitatifs, du procédé selon l'invention sont les suivants : - l'on effectue l'aspiration de l'air sensiblement pendant toute la durée du remplissage. - le procédé comporte une étape ultérieure de vidange de la chambre, et pendant cette vidange, une surpression d'air est appliquée à la chambre au-dessus du liquide. - l'aspiration d'air et la surpression d'air s'effectuent à partir d'un même conduit débouchant en partie supérieure de la chambre. Selon un deuxième aspect, la présente invention propose un appareillage de test pour tester une soupape telle qu'une soupape de sûreté, comprenant un dispositif de fixation pour fixer la soupape sur une embase, de telle sorte qu'une région inférieure de la chambre communique avec une arrivée de liquide au niveau d'une zone d'accès à la chambre, un dispositif de remplissage pour remplir la chambre avec le liquide à partir du bas de ladite chambre, un dispositif pour mettre le liquide dans la chambre en pression, et un dispositif pour déterminer la pression de liquide régnant dans la chambre à l'instant où un organe d'obturation mobile de la soupape se décolle d'un siège pour ledit organe, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un conduit d'aspiration faisant partie de l'appareillage et s'étendant vers le haut à partir de la zone d'accès à la chambre jusqu'au proche voisinage de l'organe d'obturation mobile de la soupape en position fermée, et un dispositif à vide relié au tube d'aspiration. Certains aspects préférés, mais non limitatifs, de l'appareillage défini ci-dessus sont les suivants : - le conduit présente la forme d'un tube en saillie vers le haut à partir de la région de l'arrivée d'eau. - l'extrémité supérieure du tube présente une forme adaptée à la forme d'une surface inférieure de l'organe d'obturation mobile. - l'extrémité libre supérieure du tube s'étend à une distance moyenne de la surface inférieure de l'élément mobile de la soupape comprise entre environ 0,5 mm et 2, 5 mm, de préférence environ 1,5 mm et 2 mm. - le tube présente une section comprise entre environ 4 mm2 et environ 200 mm2. - le dispositif à vide est apte à engendrer une pression absolue comprise entre environ 0,05. 105 et 0,2. 105 Pa. - le conduit d'aspiration est réglable quant à la position de sa région d'extrémité supérieure. - le conduit d'aspiration est monté de façon amovible dans l'appareillage, de manière à pouvoir être remplacé. D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante d'une forme de réalisation préférée de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif et faire en référence aux dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 est une vue schématique en coupe transversale d'un banc-test selon l'invention, la figure 2 est une vue à échelle agrandie d'un détail de la figure 1, la figure 3 est un schéma d'un circuit pneumatique et hydraulique prototype associé au banc-test des figures 1 et 2, et les figures 4 et 5 illustrent des variantes de réalisation du détail illustré sur la figure 2. En référence tout d'abord à la figure 1, on a représenté un banc-test pour une soupape comprend une table de banc 9 à partir de laquelle s'étendent vers le haut plusieurs (typiquement trois) goujons de serrage filetés 4. Sur chacun des goujons est enfilé un mors 1 apte à être sollicité vers le bas par un écrou 3 vissé sur le goujon, par l'intermédiaire d'une rondelle 2. Le mors 1 possède un appendice 11 par lequel il peut s'appuyer, à une hauteur réglable grâce à une surface crantée oblique lia s'appuyant sur une sur une surface crantée homologue Sa d'un patin 5 lui-même solidaire d'une semelle 6 calée à l'aide d'un appendice complémentaire 6a dans une ouverture 9a de la table 9. La soupape, globalement désignée par la référence S, comprend un corps de soupape 7 présentant à sa base une bride 7a. De façon classique en soi, la soupape comporte une chemise 14 engagée et fixée dans une ouverture inférieure 7c formée dans le corps de soupape 7, cette chemise possédant une face annulaire d'extrémité supérieure 14a s'étendant dans un plan généralement horizontale et contre laquelle peut venir s'appuyer, sous la sollicitation d'un ressort taré (non représenté) et d'une tige 8a, un disque mobile d'obturation 8. L'extrémité inférieure de la chemise 14 est également une surface généralement annulaire 14b contenue dans un plan horizontale et déborde vers le bas par rapport à la surface inférieure de la bride 7a. Le montage de la soupape S sur la banc s'effectue en plaçant la soupape comme illustré sur la figure 1, les extrémités intérieures des mors 1, dirigés vers un centre de la table sur lequel la soupape S est placée, s'appuyant sur le dessus de la bride 7a de telle sorte qu'en vissant et serrant les écrous 3, on bloque fermement la soupape sur la table 9. Plus précisément, la surface inférieure 14b de la chemise 14 vient en appui contre la face supérieure d'un plateau support 13 appartenant au banc, un joint d'étanchéité 10 logé dans une gorge formée à la surface supérieure du plateau assurant l'étanchéité entre la chemise 14 et le plateau 13. Le plateau 13 incorpore un conduit horizontal 13a d'amenée d'eau ou autre liquide, relié à une source d'eau par l'intermédiaire d'un raccord 13b. Ce conduit 13a débouche au niveau d'une cavité centrale 13c du plateau 13, elle même en communication avec la chambre intérieure 15 de la soupape, définie à l'intérieur de la chemise 14. Un autre conduit 13d, apte à être relié à une source de vide ou de pression gazeuse par l'intermédiaire d'un raccord 13e, débouche dans la cavité centrale 13c verticalement à partir du bas, en traversant la table 9 et le plateau 13, et se prolonge, sans communication avec ladite cavité, sous forme d'un tube montant 11. Avantageusement, le tube 11 présente une section comprise entre environ 4 mm2 et environ 200 mm2 et le niveau de vide peut être de l'ordre de 0,05. 105 à 0,2. 105 Pa. Comme le montre en détail la figure 2, ce tube 11 présente une extrémité supérieure ouverte lia située dans un plan qui se trouve à une petite distance d au-dessous du plan de la surface inférieure 8b du disque d'obturation 8 lorsque ce dernier est en position fermée. Cette distance d est choisie aussi petite que possible, en étant compatible avec les tolérances de positionnement de la face inférieure 8b du disque 8 par rapport à la surface d'appui 14b de la soupape sur le plateau 13. Typiquement, une distance de 0,5 mm à 2,5 mm, de préférence de 1,5 mm à 2 mm, est appropriée. En référence maintenant à la figure 3, on va décrire les circuits pneumatiques et hydrauliques utilisés avec le banc-test décrit en référence aux figures 1 et 2, certains éléments de ces circuits étant également représentés en partie inférieure de la figure 1 et désignés par les mêmes signes de référence. Une arrivée d'air sous pression 100 est reliée à l'entrée d'un filtre 101 dont la sortie est reliée à un manomètre 102, à un clapet 103, un régulateur de pression 111 auquel est associé un manomètre 112, une microvalve 109, un commutateur de pression pneumatique 108 et une porte pneumatique 138. La sortie du clapet 103 est reliée à l'entrée d'un générateur de vide sous forme d'un éjecteur à effet Venturi 105 dont l'entrée d'aspiration est reliée au tube d'aspiration 11 par l'intermédiaire d'un clapet d'arrêt 104 e via le conduit 13d et le raccord 13e illustrés sur la figure 1. Le côté d'entrée de la valve 104 communique également avec une microvalve de sélection 106b par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour 104'. La porte pneumatique 138 reçoit sur ses deux entrées respectivement l'air sous pression issu de l'entrée 100 et l'air issu du commutateur 108, qui est également appliqué aux entrées des microvalves de sélection 106a et 106b. La sortie de la microvalve 106a actionne d'une part le clapet 103 et d'autre part le clapet d'arrêt 104. La sortie de la porte pneumatique 138 attaque un indicateur pneumatique 107. Une entrée d'eau 140 est reliée à l'entrée d'un régulateur de pression d'eau 118 dont la sortie est reliée à un filtre 117, dont la sortie est elle-même reliée à un clapet anti-retour 113. La sortie du clapet 113 est reliée à l'entrée d'une pompe 115 de pressurisation dont la sortie attaque une valve de régulation d'écoulement 116, dont la sortie est elle-même reliée à l'une des entrées d'une valve à trois voies 119. La pompe 115 est commandée via l'ensemble constitué par le régulateur d'air 111, le clapet 110, le régulateur d'écoulement 114 et la microvalve à commande manuelle 109. une autre entrée de la valve à trois voies 119 reçoit par l'intermédiaire d'un régulateur à haute pression 121 une source d'eau 123. Deux manomètres 122, 120 sont prévus respectivement côté entrée et côté sortie du régulateur 121. La sortie de la valve à trois voies 119 est reliée au conduit d'eau 13a prévu dans le plateau 13 du banctest, ce conduit étant également relié à l'entrée d'une valve de dépressurisation 124 et à une batterie de manomètres 131-137 par l'intermédiaire de limiteurs de pression appropriés 125-130. Bien entendu, le circuit hydraulique et pneumatique prototype décrit ci-dessus sera avantageusement modifié ou perfectionné, dans une forme de réalisation industrielle du banc, par tout automatisme approprié et tout moyen de mesure plus ou moins sophistiqué. Le circuit hydraulique et pneumatique représenté à la figure 3 permet d'utiliser le banc-test selon les phases principales suivantes : - remplissage de la chambre de la soupape de sûreté à tester via l'entrée d'eau 140, la pompe 115 et les dispositifs associés, phase au cours de laquelle le tube d'aspiration est soumis à un vide par l'intermédiaire du générateur de vide 105 recevant l'air sous pression de l'entrée 100 ; pendant cette phase, la chambre 15 de la soupape peut se remplir d'eau sensiblement jusqu'au disque 8, sachant que l'air est progressivement évacué par le tube 11 et sachant que, par capillarité notamment, on observe que le niveau d'eau vient directement au niveau de la surface inférieure 8b du disque ; on notera ici que le vide peut être appliqué à la chambre via le tube soit pendant une partie seulement du remplissage, jusqu'à sa fin, soit de préférence pendant toute la phase de remplissage, ce qui permet de diminuer la durée de remplissage car dans ce cas la pression de l'eau de remplissage n'a à vaincre aucune surpression d'air ; - obturation du trajet défini par le tube d'aspiration 11 à l'aide de la valve 104, pour ainsi isoler la chambre 15 de la soupape de l'extérieur ; - mise sous pression progressive de l'eau contenue dans la chambre de la soupape via l'entrée d'eau sous pression 123, le régulateur 121 et la valve à trois voies 119, et mesure, sur la batterie de manomètres 131-137 de la pression pour laquelle le disque 8 de la soupape de sûreté S se décolle, ce qui correspond à une brutale chute de pression ; - purge de la chambre de soupape 15 via la valve de dépressurisation 124, avec l'assistance d'une pression d'air introduite par le tube 11 via l'entrée d'air sous pression 108, le commutateur de pression 108, la microvalve de sélection 106a et la valve 104 ; plus précisément, l'introduction d'air sous pression au niveau de l'extrémité supérieure du tube 11 permet d'accélérer la vidange de la chambre 15, et donc d'accélérer la cadence des mesures ; la surpression d'air appliquée via le tube 11 est par exemple comprise entre 2. 105 et 8. 105 Pa. A l'issue de ces étapes, d'autres tests peuvent être effectués, soit sur la même soupape, soit sur d'autres soupapes préalablement mises en place. Les figures 4 et 5 illustrent deux variantes possibles concernant la forme de l'organe d'obturation et la forme de l'extrémité supérieure du tube 11. Ainsi la figure 4 illustre le cas où la surface inférieure 8b de l'organe d'obturation 8 présente dans sa région centrale une forme générale conique, pointe tournée vers le bas. Dans un tel cas, il peut être avantageux de prévoir au niveau de l'extrémité supérieure du tube 11 un évasement llb lui permettant dans une certaine mesure d'épouser la forme de la surface 8b, pour ainsi favoriser l'évacuation de l'air résiduel lors du remplissage de la chambre. La figure 5 montre un organe d'obturation dont la surface inférieure présente une forme analogue à celle illustrée sur la figure 4, tandis que l'extrémité supérieure du tube 11 se divise en plusieurs branches 1Ic venant atteindre les régions les plus hautes de la surface 8b du disque d'obturation, de façon ici encore à améliorer l'évacuation de l'air résiduel lors de la mise en eau. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites et représentées, mais l'homme du métier saura y apporter de nombreuses variantes et modifications. En particulier, pour tester des soupapes de types différents, on peut prévoir un réglage en hauteur du tube d'aspiration 11, ou encore des moyens de connexion rapide pour aisément remplacer le tube 11 en place par un tube prédéterminé différent, choisi en fonction de la nouvelle soupape à tester. REVENDICATIONS 1. Procédé de test d'une soupape telle qu'une soupape de sûreté, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : fixation de la soupape (S) sur un banc-test possédant une arrivée de liquide (13a, 13c), de telle sorte que ladite arrivée de liquide débouche dans une partie inférieure d'une chambre de soupape (15) délimitée en partie supérieure par une partie mobile (8) de soupape, - remplissage de la chambre avec le liquide à partir de ladite arrivée, - au moins pendant une phase finale du remplissage, aspiration de l'air présent dans la chambre au-dessus du liquide à partir de la partie supérieure de la chambre, à proximité de la partie mobile, et - mesure de la résistance à l'ouverture de soupape en faisant varier la pression du liquide. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue l'aspiration de l'air sensiblement pendant toute la durée du remplissage. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte une étape ultérieure de vidange de la chambre, et en ce que pendant cette vidange, une surpression d'air est appliquée à la chambre (15) au-dessus du liquide. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'aspiration d'air et la surpression d'air s'effectuent à partir d'un même conduit (11) débouchant en partie supérieure de la chambre. 5. Appareillage de test pour tester une soupape telle qu'une soupape de sûreté, comprenant un dispositif de fixation (1,2, 3,4, 5,6) pour fixer la soupape sur une embase (9), de telle sorte que la région inférieure d'une chambre (15) de la soupape communique avec une arrivée de liquide (13a, 13c) au niveau d'une zone d'accès à la chambre, un dispositif de remplissage pour remplir la chambre avec le liquide à partir du bas de ladite chambre, un dispositif pour mettre le liquide dans la chambre en pression, et un dispositif pour déterminer la pression de liquide régnant dans la chambre à l'instant où un organe d'obturation mobile de la soupape se décolle d'un siège pour ledit organe, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un conduit d'aspiration (11) faisant partie de l'appareillage et s'étendant vers le haut à partir de la zone d'accès à la chambre jusqu'au proche voisinage de l'organe d'obturation mobile (8) de la soupape en position fermée, et un dispositif à vide (105) relié au tube d'aspiration. 6. Appareillage selon la revendication 5, caractérisé en ce que le conduit présente la forme d'un tube (11) en saillie vers le haut à partir de la région (13c) de l'arrivée d'eau. 7. Appareillage selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure (lla ; llb ; llc) du tube (11) présente une forme adaptée à la forme d'une surface inférieure (8b) de l'organe d'obturation mobile (8). 8. Appareillage selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que l'extrémité libre supérieure du tube (11) s'étend à une distance moyenne (d) de la surface inférieure de l'élément mobile de la soupape comprise entre environ 0,5 mm et 2,5 mm, de préférence environ 1,5 mm et 2 mm. 9. Appareillage selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le tube (11) présente une section comprise entre environ 4 mm2 et environ 200 mm2. 10. Appareillage selon l'une des revendication 5 à 9, caractérisé en ce que le dispositif à vide (105) est apte à engendrer une pression absolue comprise entre environ 0,05. 105 et 0,2. 105 Pa. 11. Appareillage selon l'une des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que le conduit d'aspiration (11) est réglable quant à la position de sa région d'extrémité supérieure. 12. Appareillage selon l'une des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que le conduit d'aspiration (11) est monté de façon amovible dans l'appareillage, de manière à pouvoir être remplacé.