EP0101362A1

EP0101362A1 - Procédé de fermeture étanche d'un ensemble enceinte-bouchon par frettage de deux portées coniques et ensemble enceinte-bouchon pour la mise en oeuvre de ce procédé

Info

Publication number: EP0101362A1
Application number: EP83401567A
Authority: EP
Inventors: Jean Geffroy; Maurice Moulin; Bernard Liot; Jean Vivien
Original assignee: Novatome SA; Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Novatome SA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1982-08-06
Filing date: 1983-07-28
Publication date: 1984-02-22
Also published as: FR2531404B1; DE3368142D1; JPH0676834B2; EP0101362B1; JPS59131066A; FR2531404A1

Abstract

Procédé et dispositif de fermeture étanche de l'ouverture d'une enceinte (2) au moyen d'un bouchon (8). La virole (4) entourant l'ouverture et le bouchon sont métalliques et de même coefficient de dilation; la virole et le bouchon comportent des portées coniques (4a, 8a) de faible pente conjuguées, pour constituer une pièce mâle et une pièce femelle assemblées par frettage en dilatant la pièce femelle par chauffage et/ou en contractant la pièce mâle par refroidissement. L'invention s'applique, dans l'industrie nucléaire, à la fermeture de conteneurs de transport d'assemblages combustibles irradiés.

Description

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de fermeture étanche d'une enceinte par frettage de deux portées coniques.
On utilise, en particulier dans l'industrie nucléaire, des enceintes nécessitant une étanchéité à différents fluides sous pression et à une température relativement élevée. C'est le cas par exemple de conteneurs de transport qui servent à acheminer les assemblages combustibles irradiés depuis le réacteur nucléaire jusqu'à l'usine de retraitement. Le dispositif de fermeture d'un conteneur de ce genre doit répondre aux exigences de sécurité et de fonctionnement requises.
On connaît, dans l'état de la technique, des dispositifs de fermeture d'une enceinte qui utilisent un ou plusieurs joints métalliques pour réaliser une étanchéité métal-métal. Dans un dispositif de ce genre, le joint doit être fortement comprimé sans rotation par des vis de serrage ou un moyen équivalent. En général, après démontage, les joints métalliques ne sont pas réutilisables. En outre, un dispositif de ce genre occasionne souvent des problèmes de grippage ou d'usure des dispositifs de serrage.
On connaît également des dispositifs de fermeture dans lesquels l'étanchéité métal-métal est assurée par un joint fusible. Dans ce cas, l'étanchéité est bonne, mais la résistance mécanique du joint est faible. En outre, il se produit des entrainements du métal fusible lors du retrait du bouchon, ce qui est gênant.
La présente invention a pour objet un procédé et dispositif de fermeture pour une enceinte qui remédie à ces inconvénients de l'art antérieur. Elle utilise les propriétés de serrage des cônes mâles-femelles de même faible conicité de l'ordre de 1 à 2 degrés.
Le serrage est obtenu, selon le procédé de la présente invention, en produisant un déséquilibre thermique entre le bouchon et les parois de l'ouverture pour provoquer une dilatation relative de l'ouverture par rapport au bouchon,

- en introduisant le bouchon dans l'ouverture jusqu'à une position axiale prédéterminée correspondant, après retour à l'équilibre thermique, à un serrage prédéterminé, et
- en rétablissant l'équilibre thermique entre le bouchon et l'ouverture. L'extraction du bouchon est obtenue en produisant une nouvelle dilatation relative entre le bouchon et l'ouverture.

De façon plus précise, le dispositif de fermeture étanche de l'invention se caractérise en ce que le bouchon et les parois de l'ouverture comportent les éléments d'une butée axiale constituée par une collerette formée sur l'une des pièces et par une portée annulaire conjuguée formée sur l'autre pièce.
Il est nécessaire que les deux cônes soient réalisés avec le même métal ou avec des métaux présentant le même coefficient de dilatation afin d'assurer un serrage approprié et durable au cours du fonctionnement de 1 enceinte pendant lequel la température du dispositif de fermeture varie. Il faut en outre que les surfaces des cônes soient usinées avec soin, et en particulier qu'elles ne présentent pas de rayures longitudinales. Bien entendu, il est nécessaire que les contraintes de serrage restent dans le domaine de la limite élastique du métal utilisé pour la température de service prévue.
La portée conique mâle peut être réalisée indifféremment sur le bouchon ou sur l'ouverture, ce qui donne plusieurs variantes de réalisation du dispositif de l'invention.
Au cas où la longueur de la portée est importante relativement au diamètre, on peut, selon une caractéristique de l'invention, fractionner les portées coniques du bouchon et de l'ouverture en une pluralité de cônes raccordés de même conicité. Cela permet d'introduire et d'extraire le bouchon sans nécessiter une dilatation exagérément importante de la virole.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparai- tront encore à la lecture de la description qui suit de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :

- la figure 1 est une vue en coupe d'une première variante de réalisation ;
- la figure 2 représente une deuxième variante de réalisation ;
- les figures 3a et 3b représentent deux autres variantes du dispositif de fermeture de l'invention, dans lesquelles la portée conique femelle a été réalisée dans le bouchon ;
- la figure 4a représente un montage pour l'usinage, à partir d'une virole étalon, de la collerette limitant la pénétration des cônes à la valeur correspondant au serrage désiré.
- La figure 4b représente un montage pour l'usinage de la portée annulaire, à partir d'un tronc de cône étalon, de façon à limiter la pénétration du bouchon à la valeur correspondant au serrage désiré.
- La figure 5 représente un deuxième mode de réalisation de l'invention qui comporte deux bouchons à conicités inversées ;
- la figure 6 représente un troisième mode de réalisation dans lequel les portées coniques ont été fractionnées ;
- la figure 7 représente une variante de réalisation de ce troisième mode de réalisation.

Sur la figure 1, la référence 2 désigne la paroi d'une enceinte étanche. Cette enceinte étanche peut ête fixe ou mobile. Il peut s'agir par exemple d'un conteneur placé dans un chateau de transport servant à acheminer les assemblages combustibles irradiés du réacteur nucléaire jusqu'à l'usine de retraitement.
Une enceinte de ce type doit comporter un dispositif de fermeture répondant à des exigences de sécurité et d'étanchéité très strictes. Ce dispositif doit être capable de supporter une température et une pression élevées.
Le dispositif de fermeture de l'invention représenté sur la figure 1 fait appel aux propriétés de serrage des cônes mâle-femelle de faible pente. Le dispositif de fermeture se compose de deux parties : une virole 4 solidaire de la paroi de l'enceinte étanche qui délimite une ouverture 6 qui permet d'accéder à l'intérieur de l'enceinte. L'ouverture 6 est obturée par un bouchon 8 introduit à l'intérieur de la virole 4. Des portées coniques de faible conicité sont réalisées sur la virole 8 et sur le bouchon. Dans la variante représentée sur la figure 1, une portée conique femelle a été réalisée dans la virole, tandis que le bouchon 8 comporte une portée conique mâme complémentaire. Bien entendu, d'autres combinaisons sont possibles, comme on le décrira par la suite.
La fermeture de l'enceinte étanche au moyen du dispositif de l'invention représenté sur la figure 1 est obtenue de la manière suivante. On chauffe la virole 4, ce qui a pour effet de la dilater et d'augmenter le diamètre de la portée conique femelle 4a jusqu'à la position 4'a représentée en trait interrompu. Il est alors possible d'introduire sans difficulté le bouchon 8 à l'intérieur de la virole 4. La virole refroidit, ce qui a pour effet de la contracter et donc d'obtenir l'effet de serrage recherché. On réalise ainsi une fermeture étanche et présentant une bonne résistance mécanique.
Il est possible également, au lieu de chauffer la virole 4, de refroidir le bouchon 8. Ceci peut être obtenu par refroidissement au moyen de gaz liquéfié introduit par la canalisation 10 à l'intérieur de la cavité 12 pratiquée dans le bouchon 8.
On peut également, si les dimensions du bouchon le nécessitent, refroidir le bouchon en même temps qu'on dilate la virole 4.
L'enlèvement du bouchon s'effectue de manière inverse soit en chauffant la virole 4, soit en refroidissant le bouchon 8 pour le contracter au moyen de gaz liquéfié ou par tout autre moyen analogue.
Le bouchon 8 comporte un logement 8b pour une tête de préhension 14 qui permet de la manipuler commodément et à disrsnce.
Le positionnement du bouchon 8 par rapport à la virole 4 peut être obtenu facilement au moyen d'une collerette 8c du bouchon venant en appui sur une portée annulaire 4c de la virole. Lorsque les deux pièces sont dans cette position au moment où l'on a provoqué une dilatation relative suffisante, on est assuré que l'enfoncement du bouchon est tel que l'on a entre les deux portées coniques 4a et 8a un jeu de montage et que le serrage, une fois l'équilibre thermique des deux pièces atteint, assurera une étanchéité satisfaisante et une résistance à l'arrachement suffisantes, sans- dépasser la limite élastique du métal. Cela permet la fermeture de l'enceinte sans avoir à se soucier de maitriser de manière tout à fait précise la différence de température entre le bouchon et la virole 4.
Dans le cas où les conditions géométriques n'autorisent pas la présence d'une collerette, le positionnement précis, en translation, du bouchon peut être assuré par le mécanisme de mise en place de celui-ci à l'aide d'une butée, réglable ou non, venant en contact de la portée plane de la virole, ou encore par contrôle précis de la course de ce mécanisme. Si nécessaire, la variation de cette course permet d'assurer des fermetures avec des serrages de valeur variable.
On a représenté sur la figure 2 une variante de réalisation du dispositif de la figure 1. Dans cette variante, la virole 4 comporte une portée conique femelle et le bouchon une portée conique mâle. Cependant, la pente du cône a été inversée. La portée conique femelle 4a va en s'évasant vers l'intérieur de l'enceinte. Il est évident que dans ce cas, il est nécessaire de dilater davantage la virole 4 pour introduire le bouchon, puisqu'il faut que le plus petit diamètre de la portée conique 4a devienne supérieur, au moment de l'introduction du bouchon, au plus grand diamètre de la portée conique mâle 8a.
Comme dans le cas précédent, le bouchon 8 peut comporter une collerette 8c qui vient en contact au moment du serrage avec une portée annulaire 4c de la virole 4, ce qui permet d'obtenir un serrage précis sans avoir à se soucier de maîtriser précisément la différence de température entre la virole et le bouchon.
On a représenté sur les figures 3a et 3b deux autres variantes de réalisation d'un dispositif de fermeture étanche pour une enceinte. Dans ces deux variantes, c'est le bouchon 8 qui comporte une portée conique femelle dans laquelle est reçue la virole. Dans le cas de la figure 3a, le diamètre de la portée conique femelle va en se rétrécissant vers le fond du bouchon. Cette-réalisation peut être comparée à celle de la figure 1.
Dans le cas de la réalisation de la figure 3b, au contraire, le diamètre de la portée conique femelle va en augmentant vers le fond du bouchon. Cette réalisation peut être comparée à celle de la variante de la figure 2.
Le montage et le démontage du bouchon 8 s'effectuant de manière similaire à ceux du bouchon des figures 1 et 2. On note également la présence d'une portée annulaire 4c qui, dans ces modes de réalisation, se présen- . te sous la forme d'un épaulement de la virole 4. La portée annulaire 4c coopère avec le rebord 8c du bouchon 8 (figures 3a et 3b) pour arrêter en translation le bouchon par rapport à la virole et obtenir comme expliqué précédemment un serrage convenable des deux pièces une fois l'équilibre des températures obtenu.
On a représenté sur la figure 4a un montage pour l'usinage d'un bouchon 8, et en particulier pour le calibrage de la collerette 8c qui permet le positionnement du bouchon par rapport à la virole au moment du montage. Comme c'est le serrage des deux pièces constituant le dispositif de fermeture de l'enceinte qui détermine l'étanchéité et la résistance mécanique de cette fermeture, il s'agit d'un paramètre important. Il est donc souhaitable que ce serrage puisse être maitrisé aussi précisément que possible. En raison de la faible conicité ceci peut être réalisé par une tolérance de valeur habituelle sur la cote de pénétration des portées coniques mâle et femelle. Le montage d'usinage représenté sur la figure 4a permet d'obtenir par usinage de la collerette, la précision requise pour le serrage.
Sur cette figure, la référence 16 désigne les mors d'un tour dans lequel le bouchon 8 est serré. Une virole étalon 18 est alors présentée sur le bouchon 8 et fixée sur celui-ci.
Un outil de dressage 30 comportant un galet, est alors amené en appui sur la face 10 de la virole étalon. L'avance de l'outil assure le calibrage de la collerette du bouchon.
La figure 4b montre le calibrage de la portée annulaire 4c de la virole 4 par la mise en place d'un bouchon étalon 20 présentant une face 20a pour l'appui d'un galet solidaire de l'outil de dressage 30.
Cette façon de procéder, pour le calibrage des bouchons et viroles, à l'aide de pièces étalons autorise l'usinage des portées coniques avec des tolérances diamétrales assez larges, le calibrage assurant l'interchangeabilité et évitant l'appairage bouchon-virole, tout en assurant une grande précision sur la valeur du serrage.
On a représenté sur la figure 5 un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de fermeture de l'invention. Ce dispositif comporte deux bouchons disposés l'un derrière l'autre. On réalise ainsi une étanchéité primaire au moyen du bouchon 8' et une étanchéité secondaire au moyen du bouchon 8". Dans la variante représentée sur la figure 5, le diamètre de la portée conique du bouchon 8' va en augmentant lorsqu'on s'éloigne de la collerette 8'c, ce qui assure une très grande résistance de ce bouchon au déplacement axial, par exemple sous l'effet de chocs provenant par exemple de pièces contenues à l'intérieur de l'enceinte pendant le transport.
On a représenté sur la figure 6 un troisième mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation, les portées coniques tant mâle que femelle ont été fractionnées en plusieurs portées coniques 4₁' 4₂, 4₃ etc pour la virole 4 et 8₁, 8₂, 83 etc. pour le bouchon 8. Deux portées coniques consécutives sont séparées par un talon. Ainsi, entre les portées coniques 4₁ et 4₂, on trouve le talon 31, et entre les portées coniques 8₁ et 8₂, on trouve le talon 32.
Ce mode de réalisation présente l'avantage de permettre une longueur 1 importante des portées coniques par rapport au diamètre 34 de l'ouverture. Ainsi, le bouchon est plus facile à mettre en place et à retirer tout en assurant une meilleure étanchéité et une meilleure résistance mécanique. En outre, les talons 31 et 32 ont un rôle de sécurité. Ils retiennent le bouchon en place au cas où il viendrait à se déplacer, par exemple sous l'effet d'un choc venant de l'intérieur de l'enceinte et dirigé vers l'extérieur.
On a représenté sur la figure 7 une variante du mode de réalisation de la figure 6 qui comporte également des portées coniques qui ont été fractionnées en plusieurs portées coniques. Ce mode de réalisation correspond au cas d'un cône inverse. Il présente les mêmes avantages que le mode de réalisation de la figure 6. En outre, dans ce cas du cône inverse, le fait de réduire le rapport de la longueur des portées par rapport au diamètre de l'ouverture comporte un bénéfice plus important puisque, comme on l'a dit précédemment, il est nécessaire de dilater la collerette ou de contracter davantage le bouchon pour introduire l'un dans l'autre en raison de la conicité inverse.
Dans le cas du mode de réalisation de la figure 7, les talons ne jouent pas un rôle de sécurité comme c'est le cas dans le mode de réalisation de la figure 6, mais ce sont les portées coniques elles-mêmes qui jouent ce rôle car la conici:é inverse assure une meilleure immobilisation en translation du bouchon par rapport à la virole.
Les avantages de l'invention qui vient d'être décrite sont les suivants : elle permet, particulièrement dans le cas du cône droit, une introduction aisée du bouchon dans la virole au moment du montage. Elle permet d'assurer un serrage déterminé sans nécessiter une grande précision sur la différence de température entre les pièces au moment du montage, grâce à la présence d'une collerette et d'une portée annulaire qui permet de repérer la position axiale des deux pièces l'une par rapport à l'autre. On assure ainsi la reproductibilité du serrage sans exigences particulières en ce qui concerne la précision des usinages des portées coniques. Pour la construction d'une série de dispositifs de fermeture, il n'est pas nécessaire d'apairer les cônes.

Claims

1. Procédé de fermeture étanche par un bouchon, d'une enceinte comportant une ouverture,
caractérisé par le fait qu'on utilise un bouchon (8) et une ouverture (6) de même faible conicité et par le fait que successivement :

a - on produit un déséquilibre thermique, entre le bouchon et les parois de l'ouverture pour provoquer une dilatation relative de l'ouverture par rapport au bouchon,

b - on introduit le bouchon dans l'ouverture jusqu'à une position axiale prédéterminée correspondant, après retour à l'équilibre thermique, à un serrage prédéterminé,

c - on rétablit l'équilibre thermique entre le bouchon et l'ouverture, l'extraction du bouchon étant obtenue en produisant une nouvelle dilatation relative entre le bouchon et l'ouverture.

2. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé par le fait que la position axiale du bouchon (8) dans l'ouverture (6) est prédéterminée par réglage d'une butée axiale entre le bouchon et l'ouverture.

3. Procédé selon la revendication 2,
caractérisé par le fait que le réglage de la butée est réalisé par usinage axial d'une collerette (8c).

4. Dispositif pour une fermeture étanche selon la revendication 1,
caractérisé par le fait que le bouchon (8) et les parois de l'ouverture (6) sont en matériaux de coefficient de dilatation sensiblement égaux.

5. Dispositif pour une fermeture étanche selon la revendication 2,
caractérisé par le fait que le bouchon (8) et les parois de l'ouverture (6) comportent les éléments d'une butée axiale constituée par une collerette (8c) formée sur l'une des pièces et par une portée annulaire (4c) conjuguée formée sur l'autre pièce.

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé par le fait que les portées coniques (4a, 8a) du bouchon et de l'ouverture sont fractionnés en une pluralité de cônes de même conicité.