Brevet FR3001542A1 — publié le 20140801

Dispositif pour essai de fluage dans une enceinte Domaine technique Il est question du domaine technique des dispositifs pour essai de fluage. En particulier, il est question du domaine technique des dispositifs pour essai de fluage à haute température et à haute pression. État de la technique Dans le domaine nucléaire, les matériaux sont généralement soumis à de hautes températures et à de hautes pressions. Par ailleurs, les matériaux peuvent être sollicités mécaniquement, par exemple ils subissent des tractions, des compressions, des maintiens sous charge ou déformation constante ou des cycles de traction/compression. Il est alors important de pouvoir étudier le comportement de ses matériaux dans de telles conditions. Habituellement, le comportement des matériaux, de manière générale, est étudié grâce à des essais mécaniques dans lesquels une contrainte, reproduisant, bien que de manière imparfaite, les sollicitions que peuvent subir les matériaux, est imposée. Un exemple est l'essai de fluage. Afin de réaliser un essai de fluage à haute température et à haute pression, c'est-à-dire entre environ 20 et environ 360°C et entre environ 0 et environ 200 bars, sont aujourd'hui utilisés un autoclave et une machine d'essai mécanique, en général du type bras de levier. Il est donc nécessaire d'intégrer l'autoclave au sein de la machine d'essai mécanique. Le fluage est un phénomène physique qui provoque la déformation irréversible d'un matériau soumis à une contrainte constante, inférieure à la limite d'élasticité (contrainte à partir de laquelle le matériau cesse de se déformer de manière élastique) du matériau, pendant une durée suffisamment longue. Un autoclave est un récipient à parois épaisses et à fermeture hermétique conçu pour porter un liquide à des températures élevées. 1 Une machine d'essai mécanique permet d'appliquer une contrainte constante ou variable par l'intermédiaire de poids morts ou d'un vérin électromécanique. Dans la machine d'essai, la charge est appliquée progressivement par un ou deux bras fixés à l'éprouvette. Le ou les bras sont commandés électriquement. Or, lorsqu'une coupure de courant survient, le ou les bras restent bloqués dans leur position. Ceci associé aux contractions qui suivent le refroidissement de l'éprouvette après la coupure de courant entraîne une surcharge invalidant l'essai. Par ailleurs, de manière générale, on cherche à ne pas interrompre les essais pour éviter toute perturbation. Présentation Un objectif est donc de pallier au moins un inconvénient de la technique antérieure présentée ci-dessus. Pour cela, un dispositif pour essai de fluage à haute température et à haute pression est proposé. Ce dispositif comprend : une enceinte comportant un logement pour recevoir une éprouvette et une arrivée de fluide chaud sous pression ; un actionneur pour exercer une force sur l'éprouvette; et un circuit hydraulique mettant en communication de fluide l'enceinte et l'actionneur pour la commande par pression de l'actionneur, la force exercée sur l'éprouvette étant d'autant plus grande que la pression est importante. Grâce à un tel dispositif, les surcharges de l'éprouvette lors d'une coupure de courant sont évitées. En effet, l'actionneur exerçant une force sur l'éprouvette est commandé par la pression régnant au sein de l'enceinte. Lors d'une coupure de courant, la pression dans l'enceinte décroit car celle-ci n'est plus chauffée, ce qui entraine une décroissance de la force exercée sur l'éprouvette. Par ailleurs, comme la pression de l'enceinte est utilisée pour soumettre l'éprouvette à une traction ou à une compression, un gain de place est obtenu. Il est également proposé une utilisation de la pression régnant au sein d'un autoclave pour soumettre une éprouvette à une traction ou à une compression. 2 Dessins D'autres objectifs, caractéristiques et avantages apparaitront à la lecture de la description qui suit en référence aux dessins donnés à titre illustratif et non limitatif, parmi lesquels : - la figure 1 illustre de manière schématisée un dispositif pour essai de fluage dont il est question ici, dont le circuit hydraulique comprend deux canalisations entièrement séparées ; et - la figure 2 illustre de manière schématisée un dispositif pour essai de fluage dont il est question ici, dont le circuit hydraulique comprend deux canalisations partiellement communes. Description Un dispositif pour essai de fluage à haute température et à haute pression est décrit ci-après en référence à la figure 1 et à la figure 2. Ce dispositif 1 comprend une enceinte 2 comportant un logement 21 pour recevoir une éprouvette et une arrivée de fluide 22 pour y amener un fluide chaud sous pression. L'enceinte 2 peut-être un autoclave, c'est-à-dire un récipient à paroi épaisse et à fermeture hermétique conçu pour porter un liquide à haute température sous pression, c'est-à-dire à une température d'environ 250 °C à environ 450 °C, de préférence d'environ 300 °C; et une pression d'environ 100 bars à environ 300 bars, de préférence d'environ 150 bars. Le logement 21 peut être un support 211 comprenant un réceptacle 212 pour la fixation de l'éprouvette 9, par exemple par vissage ou soudage. L'enceinte 2 permet d'exposer l'éprouvette 9 au fluide. Par exemple, l'éprouvette 9 peut être immergée partiellement ou totalement dans un liquide. Le dispositif 1 comprend également un circuit hydraulique 4 mettant en communication de fluide l'enceinte 2 et un actionneur 3 décrit ci-dessous pour la commande par pression de l'actionneur 3, la force exercée sur l'éprouvette 9 étant d'autant plus grande que la pression est importante. La pression étant 3 créée grâce au fluide amené par le circuit hydraulique 4, le fluide étant prélevé dans l'enceinte 2. Le fluide prélevé est de préférence du gaz contenu dans le ciel de l'enceinte 2. Ainsi, le circuit hydraulique 4 est connecté à l'enceinte 2 en partie haute. Le dispositif 1 peut aussi comprendre une vanne de réglage 42, 44 sur le circuit hydraulique 4 pour le réglage de la pression commandant l'actionneur 3. La vanne de réglage 42, 44 permet de régler le débit de prélèvement du fluide et par conséquent la pression commandant l'actionneur 3. La vanne de réglage 42, 44 est par exemple une électrovanne réglée de manière à rester ouverte si aucun courant n'est appliqué. Ainsi, lors d'une coupure de courant, la pression dans l'enceinte 2 diminue, entrainant également une diminution de la force exercée sur l'éprouvette 9. Le dispositif 1 peut encore comprendre un automate de régulation 5 couplé à la vanne de réglage 42, 44. Ceci permet de réguler la pression commandant l'actionneur 3, par exemple à ± 0,1 bar. L'automate de régulation 5 permet de s'affranchir de tout problème de dilatation thermique de l'enceinte 2, du circuit hydraulique 4 ou de l'actionneur 3, mais également de tout problème de nnicrofuite éventuelle pouvant survenir au niveau de l'enceinte 2, du circuit hydraulique 4 ou de l'actionneur 3. L'automate de régulation 5 peut aussi servir à l'acquisition de valeurs de pression commandant l'actionneur 3, ainsi que les valeurs de déformation de l'éprouvette 9. Le dispositif 1 comprend également un actionneur 3 pour exercer une force sur l'éprouvette 9. L'actionneur 3 comprend par exemple une colonne creuse 31. Dans ce cas, le circuit hydraulique 4 débouche dans la colonne creuse 31. L'actionneur 3 comprend en outre un tirant 32 logé dans la colonne creuse 31 et déplaçable le long de celle-ci grâce au fluide amené par le circuit hydraulique 4 dans la colonne creuse 31, le tirant 32 ayant une extrémité 323 à laquelle l'éprouvette est amenée à être fixée à l'aide d'une fixation 33, par exemple par vissage, goupillage ou soudage et une partie piston 321 faisant piston à l'intérieur de la colonne creuse 31. Dans ce cas encore, le dispositif 1 peut comprendre en outre un joint métallique 6 en contact avec l'enceinte 2 et la 4 colonne creuse 31. Le joint métallique 6 est disposé entre l'enceinte 2 et la colonne creuse 31. Le tirant 32 comprend alors une partie de centrage 324 entre la partie piston 321 et l'extrémité 323 à laquelle l'éprouvette est amenée à être fixée. Cette partie de centrage 324 traverse le joint métallique à travers un orifice de guidage 61 du joint métallique, l'orifice de guidage 61 étant colinéaire au déplacement du tirant 32 le long de la colonne creuse 31. Le tirant 32 peut comprendre une partie applicatrice 322 à une extrémité et à laquelle l'éprouvette 9 est amenée à être fixée. La partie applicatrice 322 présente alors une section inférieure à la section de la colonne creuse 31 de manière à ce qu'une chambre de traction 311 soit formée entre la partie applicatrice et la colonne creuse. Dans ce cas, le circuit hydraulique 4 peut comprendre une canalisation de traction 41, la canalisation de traction 41 étant en communication de fluide avec l'enceinte 2 et débouchant dans la région de la chambre de traction 311. Ainsi, lorsque le fluide est amené dans la chambre de traction 311, le fluide exerce une pression sur la partie piston 32 de manière à éloigner le tirant 3 de l'enceinte 2, créant une force de traction exercée sur l'éprouvette 9. Avantageusement, le volume de la chambre de traction 311 est égal au plus à 1/10 du volume de l'enceinte 2. Ainsi, la pression à l'intérieure de l'enceinte 2 n'est pas modifiée par le prélèvement du fluide par le circuit hydraulique 4, ou tout du moins pas suffisamment de manière à ce que l'essai de traction ou de compression sur l'éprouvette 9 ne puisse être invalidé. De manière générale, la variation de pression dans l'enceinte 2 est inférieure à un bar quelque soit la position du tirant 32. La colonne creuse 31 peut alternativement comprendre une chambre de compression 312 située du côté de la partie piston 321 opposé à l'extrémité 323 du tirant 32 à laquelle l'éprouvette 9 est amenée à être fixée. Le circuit hydraulique 4 comprend alors une canalisation de compression 43, la canalisation de compression 43 étant en communication de fluide avec l'enceinte 2 et débouchant dans la chambre de compression 312. Ainsi, lorsque le fluide est amené dans la chambre de compression 312, le fluide exerce une pression sur la partie piston 321 de manière à rapprocher le tirant 32 de l'enceinte 2, créant une force de compression exercée sur l'éprouvette 9. 5 Avantageusement, le volume de la chambre de compression 312 est égal au plus à 1/10 du volume de l'enceinte 2. Ainsi, la pression à l'intérieure de l'enceinte 2 n'est pas modifiée par le prélèvement du fluide par le circuit hydraulique 4, ou tout du moins pas suffisamment de manière à ce que l'essai de traction ou de compression sur l'éprouvette 9 ne puisse être invalidé. Par ailleurs, la colonne creuse 31 peut comprendre à la fois une chambre de traction 311 comme décrite ci-dessus et une chambre de compression 312 comme décrite ci-dessus. Dans ce cas, comme le montre la figure 1, la canalisation de traction 41 et la canalisation de compression 43 peuvent alors être distinctes du point de prélèvement du fluide dans l'enceinte 2 jusqu'à leur débouchement dans la colonne creuse 31 ; c'est-à-dire que le circuit hydraulique 4 comprend deux canalisations 41, 43 entièrement séparées. Elles comprennent alors chacune leur propre vanne de réglage 42, 44 dont la description est donnée ci-dessus. En variante, comme l'illustre la figure 2, la canalisation de traction 41 et la canalisation de compression 43 peuvent prélever du fluide au même point de prélèvement du fluide dans l'enceinte 2 ; c'est-à-dire que le circuit hydraulique 4 est composé d'une première portion 45 commune pour la canalisation de traction 41 et la canalisation de compression 42 et d'une deuxième portion 46 où la canalisation de traction 41 et la canalisation de compression 43 sont distincts suite à une bifurcation 47. Elles comprennent alors chacune leur propre vanne de réglage 42, 44 dont la description est donnée ci-dessus et placée entre la bifurcation 47 et le débouchement dans la colonne creuse 31. Dans le cas où l'extraction du fluide par le circuit hydraulique 4 modifie la pression à l'intérieur de l'enceinte 2 de manière suffisamment important pour que la validité de l'essai se trouve compromis, l'enceinte 2 peut comprend en outre une entrée 23 pour gaz noble, préférentiellement située en partie haute de l'enceinte 2. Ainsi, la diminution de la pression à l'intérieur de l'enceinte 2 dû au prélèvement de fluide est compensée par l'apport de gaz noble à l'intérieur de l'enceinte 2. 6 REVENDICATIONS1. Dispositif (1) pour essai de fluage à haute température et à haute pression, comprenant : une enceinte (2) comportant un logement (21) pour recevoir une éprouvette (9) et une arrivée de fluide (22) chaud sous pression ; un actionneur (3) pour exercer une force sur l'éprouvette (9) ; et un circuit hydraulique (4) mettant en communication de fluide l'enceinte (2) et l'actionneur (3) pour la commande par pression de l'actionneur (3), la force exercée sur l'éprouvette (9) étant d'autant plus grande que la pression est importante. 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, comprenant en outre une vanne de réglage (42, 44) sur le circuit hydraulique (4). 3. Dispositif (1) selon la revendication 2, dans lequel la vanne de réglage (42, 44) est une électrovanne réglée de manière à rester ouverte si aucun courant n'est appliqué. 4. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'actionneur (3) comprend une colonne creuse (31), dans lequel le circuit hydraulique (4) débouche dans la colonne creuse (31), l'actionneur (3) comprenant en outre un tirant (32) logé dans la colonne creuse (31) et déplaçable le long de celle-ci grâce au fluide amené par le circuit hydraulique (4) dans la colonne creuse (31), le tirant (32) ayant une extrémité (323) à laquelle l'éprouvette (9) est amenée à être fixée. 5. Dispositif (1) selon la revendication 4, comprenant en outre un joint métallique (6) en contact avec l'enceinte (2) et la colonne creuse (31), le joint métallique (6) étant disposé entre l'enceinte (2) et la colonne creuse (31), et dans lequel le tirant (32) comprend une partie piston (321) opposée à l'extrémité (323) à laquelle l'éprouvette (9) est amenée à être fixée et une partie de centrage (324) entre la partie piston (321) et l'extrémité (323) à 7laquelle l'éprouvette (9) est amenée à être fixée, la partie de centrage (324) traversant le joint métallique (6) colinéairernent au déplacement du tirant (32) le long de la colonne creuse (31). 6. Dispositif (1) selon la revendication 4 ou la revendication 5, dans lequel le tirant (32) comprend une partie applicatrice (322) à son extrémité de laquelle l'éprouvette (9) est amenée à être fixée et une partie piston (321), dans lequel la colonne creuse (31) présente une section donnée, et dans lequel la partie applicatrice (322) présente une section inférieure à la section de la colonne creuse (31) de manière à ce qu'une chambre de traction (311) soit formée entre la partie applicatrice (322) et la colonne creuse (31). 7. Dispositif (1) selon la revendication 6, dans lequel le circuit hydraulique (4) comprend une canalisation de traction (41), la canalisation de traction (41) étant en communication de fluide avec l'enceinte (2) et débouchant dans la région de la chambre de traction (311). 8. Dispositif (1) selon la revendication 6 ou la revendication 7, dans lequel le volume de la chambre de traction (311) est égal au plus à 1/10 du volume de l'enceinte (2). 9. Dispositif (1) selon l'une des revendications 6 à 8, dans lequel la colonne creuse (31) comprend une chambre de compression (312) située du côté de la partie piston (321) opposé à l'extrémité (323) du tirant à laquelle l'éprouvette (9) est amenée à être fixée, et dans lequel le circuit hydraulique (4) comprend une canalisation de compression (43), la canalisation de compression (43) étant en communication de fluide avec l'enceinte (2) et débouchant dans la chambre de compression (312). 10. Dispositif (1) selon la revendication 9, dans lequel le volume de la chambre de compression (312) est égal au plus à 1/10 du volume de l'enceinte (2). 8. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel l'enceinte (2) comprend en outre une entrée (22) pour gaz noble. 9