FR2839133A1 - Diaphragme a utiliser avec une garniture d'etancheite, joint d'etancheite l'utilisant et procede pour la formation de ce joint d'etancheite - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un diaphragme perfectionné destiné à être utilisé avec une garniture d'étanchéité (80) pour empêcher un fluide sous pression de fuir d'une cuve. Le diaphragme présente une gorge intérieure (50) qui, en utilisant la pression à l'intérieur d'une cuve comportant une paroi (95), produit un rappel élastique puissant assurant une auto-activation du joint d'étanchéité.Domaine d'application : cuves de réacteurs nucléaires, etc..
Description
la revendication 5.
Des cuves sous pression, telles que des cuves sous pression de réacteurs nueléaires, comportent des galeries de circulation, des trous d'inspection, des regards de visite et d'autres ouvertures pour permettre l' inspection, l'entretien et la réparation. En fonctionnement normal, ces ouvertures ne doivent pas être à l'origine de fuites, et elles sont donc recouvertes et fermées de façon étanche par
divers moyens.
Des ouvertures recouvertes de cuves sous pression sont habituellement circulaires et comportent un joint, entre l'ouverture et le couvercle, dont l'étanchéité est assurce par une garniture. Une rangée de boulons ou de goujons, disposés autour du couvercle, procurent la force mécanique nocessaire pour comprimer la garniture et assurer l'étanchéité du joint. Dans le cas d'ouvertures soumises à une température et une pression élevées dans des applications sensibles o aucune fuite ne peut être tolérée (par exemple dans des générateurs nucléaires de vapeur), on utilise largement un diaphragme en tant qu'élément essentiel de la structure d'étanchéité de la garniture. Un diaphragme est un constituant en forme de disque mince et flexible placé entre les parties parallèles d'un élément de
structure en acier.
Comme représenté sur la figure 1 des dessins annexés et décrits ci-après, un diaphragme connu 10 est constitué d'une partie centrale relativement mince et flexible 20 entourée à sa ciraonférence par une partie plus épaisse 30 qui présente une gorge 38 pour garniture à finition striée en spirale. Pendant le fonctionnement, une garniture est disposée dans la gorge 38 à proximité immédiate d'une ouverture de la cuve. Une pression d'étanchéité est appliquée à la garniture au moyen de boulons ou par d'autres moyens. Avec ce diaphragme connu 10, la pression d'étanchéité de la garniture diminue en même temps que la pression du fluide appliqué à l'ouverture de la cuve s'élève, et elle est transmise à la partie centrale flexible 20 du disphragme 10 par l'intermédiaire d'une ouverture 15 du diaphragme remplie de fluide. La baisse de la pression d'étanchéité sur le diamètre intérieur de la ciraonférence de la garniture est très supérieure à celle se produisant sur le diamètre extérieur. Par conséquent, la pression minimale d'étanchéité apparaît touj ours sur le diamètre intérieur de la garniture et a pour effet
d'affaiblir les performances d'étanchéité de la garniture.
Lors d'un essai hydrostatique ou en fonctionnement normal en régime stabilisé sous des températures et des pressions élevoes, le diaphragme connu 10 n'est donc pas touj ours capable de maintenir sur la garniture une pression
d'étanchéité appropriée pour ces ouvertures de cuves.
L' invention concerne un joint d'étanchéité nouveau de diaphragme ayant une gorge à garniture destinée à recevoir une garniture et ayant en outre une gorge intérieure ne recevant pas de garniture, qui fonctionne par un effet de communication de fluide et de rappel élastique de ressort provoqué avec un fluide sous pression pour procurer des
performances améliorces d'étanchéité de la garniture.
Un objet de l' invention est donc de procurer un joint d'étanchéité à auto-activation qui utilise la pression interne contenue dans une cuve pour augmenter la charge
d'appui de la garniture.
Un autre objet de l' invention porte sur un joint d'étanchéité capable de supporter des variations de la
charge de la garniture.
Un autre objet de l' invention est de procurer un joint d'étanchéité de diaphragme qui assure sa propre étanchéité
et produit un rappel élastique par ressort important.
L' invention concerne donc un diaphragme destiné à être utilisé avec une garniture pour empêcher la fuite d'un fluide. Le diaphragme présente une première surface, une seconde surface qui est opposée et parallèle à la première surface, et une gorge pour garniture dans la première surface destinée à recevoir une garniture. Cette gorge comporte un bord sur son côté extérieur. Une gorge intérieure, située entre la seconde surface et la gorge pour garniture est agencce de façon à être adjacente à la gorge pour garniture et à s'étendre à travers elle au moins jusqu'au bord du côté extérieur de la gorge pour garniture. La gorge intérieure est conçue pour communiquer avec le fluide afin d'appliquer une pression d'étanchéité à la garniture en cours de fonctionnement, et pour permettre une
déformation élastique à travers la gorge pour garniture.
Dans une autre forme de réalisation, l 'invention concerne un joint d'étanchéité activé par pression destiné à empêcher la fuite d'un fluide, qui comporte un diaphragme ayant un bord à son côté extérieur et une ouverture centrale traversant une première surface extérieure. Une garniture est disposée dans une gorge pour garniture sur la première surface extérieure. La gorge pour garniture est agencée autour de l'ouverture centrale et comporte un bord à son côté extérieur. Une gorge intérieure est agencée à
l'intérieur du diaphragme autour de l'ouverture centrale.
La gorge intérieure s'étend en travers de la gorge pour garniture au moins jusqu'au bord du côté extérieur de cette gorge pour garniture, et elle est conçue pour communiquer avec le fluide afin d'appliquer une pression d'étanchéité à la garniture, et pour engendrer une capacité à supporter une grande déformation élastique. e joint détanchéité comporte également une bague entourant le bord du côté
extérieur du diaphragme.
Dans une autre forme de réalisation encore, l' invention concerne un procédé pour créer un joint d'étanchéité de diaphragme sur une cuve à pression afin dempêcher la fuite d'un fluide contenu dans la cuve en utilisant un diaphragme. Le diaphragme comporte un bord à son côté extérieur, une ouverture centrale traversant une surface extérieure, une gorge pour garniture agencée sur la surface extérieure autour de l'ouverture centrale et ayant un bord à son côté extérieur, et une gorge intérieure. La gorge intérieure est agencée dans le diaphragme autour de l'ouverture centrale et s'étend en travers de la gorge pour garniture au moins jusqu' au bord du côté extérieur de cette gorge pour garniture. Une garniture est placée dans cette gorge pour garniture. Le diaphragme et la garniture sont placés entre la cuve et une plaque de couvercle, la garniture étant adjacente à la cuve. La plaque de couvercle est fixée à la cuve et la gorge intérieure est exposée à un
fluide sous pression contenu dans la cuve.
L' invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe traneversale schématique partielle d'un diaphragme de conception connue; la figure 2 est une vue en coupe transvereale schématique partielle du diaphragme conçu selon l' invention; et la figure 3 est une vue en coupe traneversale schématique montrant le diaphragme selon l 'invention lors
d'une utilisation dans son environnement d'application.
Le diaphragme 110 selon l 'invention améliore les performances d' étanchéité d' une garniture grâce à une conception géométrique qui introduit un rebond par déformation élastique et assure une autoétanchéité sous la pression dun fluide. En référence aux figures 2 et 3, le diaphragme 110 contient une ouverture 15 qui est alignée avec une ouverture 115 d'une cuve 90 sous pression pendant le fonctionnement. Le diaphragme 110 présente une première surface 35, disposée, lors du fonctionnement, de facon à être adjacente et à peu près parallèle à une paroi 95 de la cuve 90 sous pression. Une seconde surface 45 du diaphragme , opposée et à peu près parallèle à la première surface , s'étend en travers et au-delà de l'ouverture 15 du diaphragme. Le diaphragme 110 comporte un bord 46 à son côté extérieur, opposé à l'ouverture 15 du diaphragme, qui s'étend entre la première surface 35 et la seconde surface 45. Dans une forme de réalisation, le diaphragme 110 est de forme globalement cylindrique, et le bord 46 du côté extérieur du diaphragme définit la circonférence située le plus à l'extérieur du diaphragme 110. Ce dernier comporte un bord 44 à son côté intérieur, opposé au bord 46 du côté extérieur du diaphragme, qui entoure l'ouverture 15 du disphragme. La première surface 35 présente une gorge 38 pour garniture agencée concentriquement autour de l'ouverture 15 du diaphragme. Les bords latéraux de la gorge pour garniture, c'est-à-dire un bord 42 du côté extérieur et un bord 40 du côté intérieur de la gorge pour garniture, s'étendent à partir de la première surface 35, à peu près perpendiculairement à celle-ci. Le bord 42 du côté extérieur et le bord 40 du côté intérieur de la gorge pour garniture définissent la largeur de la gorge pour garniture, le bord 42 du côté extérieur déterminant la plus grande largeur de la gorge 38 pour garniture. Le diaphragme 110 contient une gorge intérieure 50, intercalée entre la seconde surface 4 5 et la gorge 38 pour garniture. La gorge intérieure 50 est une cavité annulaire, agencée concentriquement autour de l'ouverture 15 du diaphragme, qui s'étend depuis le bord 44 du côté intérieur du diaphragme 110 au moins jusquau bord 42 du côté extérieur de la gorge 38 pour garniture. Pendant le fonctionnement, la gorge intérieure 50 est en communication de fluide avec - le fluide sous pression contenu dans l'enceinte 90 sous pression à travers l'ouverture 15 du diaphragme. Le diaphragme 110 peut être réalisé en un alliage à base de nickel tel que l'alliage SB-168 N06990 pour cuves nucléaires. Dans une forme de réalisation, une bague 60 peut être ajustée par frettage ou à force autour du bord 46 du côté extérieur du diaphragme, comme montré sur les figures 2 et 3, afin de produire une compression périphérique initiale dans le diaphragme. En fonctionnement, une partie de la tension engendrée par la pression du fluide intérieur est
compensée, améliorant ainsi la solidité du diaphragme 110.
La bague 60 est avantageusement formée en acier à faible teneur en carbone, ce qui réduit le coût de la matière. En référence à la figure 3, lors du fonctionnement, le diaphragme 110 est disposé entre la paroi 95 de la cuve sous pression et une plaque 120 de couvercle, qui s'étend à travers l'ouverture 115 de la cuve. Une garniture 80, constituée d'une matière convenable connue dans la technique, est placée dans la gorge 38 pour garniture du disphragme 110 à proximité immédiate de la paroi 95 de la cuve sous pression. La paroi 95 de la cuve sous pression est habituellement formée d'acier au carbone ou faiblement allié, et comporte une région 93 de revêtement adjacente à la gorge 38 pour garniture, habituellement constituée d'acier inoxydable, tel que le type SS-309L, ou d'un alliage à base de nickel tel que le type SB-166 N06990, qui procure une surface plate résistant à la corrosion sur laquelle repose la garniture 80. Des boulons 70 fixent la plaque 120 de couvercle à la paroi 95 de la cuve sous pression et appliquent une pression d'étanchéité à la garniture 80. La pression de contact entre la région de revêtement 93 et la garniture 80 dépasse la pression interne du fluide et procure une étanchéité empêchant la
fuite du fluide.
Lorsque le diaphragme 110 est exposé à la pression du fluide à l'intérieur de la cuve 90 de pression, un allongement des boulons 70 a pour effet de décharger la garniture 80, diminuant ainsi la pression d'étanchéité de la garniture. Cependant, le rappel par ressort accru obtenu au moyen de la gorge intérieure 50 du diaphragme perfectionné 110 augmente la pression d'étanchéité de la garniture, en particulier sur le diamètre intérieur de la circonférence de la garniture 80. En fonctionnement, la pression intérieure de l'ouverture 15 de remplissage de fluide agit contre la surface de la gorge intérieure 50 adjacente à la garniture 80, comprimant la garniture 80 et
renforant ainsi l'étanchéité proeurée par la garniture 80.
Une analyse par éléments finis du diaphragme 110 a confirmé que l'invention parvient à une plus grande compression de rappel élastique par ressort que celle de conception connue, lorsqu'on applique la même charge de tension
préalable aux boulons.
Une analyse par élémens finis a confirmé en outre que, lorsque la pression du fluide est appliquée à la gorge intérieure SO dans le diaphragme 110, la pression est
transmise à la garniture 80, procurant une capacité d'auto-
étanchéité. La pression du fluide à l'intérieur de la cuve aide donc à obtenir une plus forte pression d'étanchéité de la garniture. Lorsque la pression du fluide intérieur monte, la pression d'étanchéité de la garniture monte également, s'adaptant ainsi aux variations de la charge de
la garniture.
Une analyse par éléments finis a également révélé que la pression minimale d'étanchéité produite pendant un fonctionnement en régime stabilisé sous haute température et forte pression n'apparaît plus sur le diamètre intérieur de la ciraonférence de la garniture 80. La pression minimale d'étanchéité apparaît plutôt sur le diamètre extérieur de garniture 80, ce qui est un effet souhaité
améliorant la capacité d'étanchéité de la garniture 80.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au diaphragme décrit et représenté sans
sortir du cadre de l'invention.
Claims (14)
1. Diaphragme destiné à être utilisé avec une garniture pour empêcher la fuite d'un fluide, caractérisé en ce que qu'il comporte: une première surface (35); une seconde surface (45) opposoe et parallèle à la première surface; une gorge (38) pour garniture sur la première surface destinée à recevoir une garniture (80) et ayant un bord (42) à son côté extérieur; et une gorge intérieure (50) située entre la seconde surface et la gorge pour garniture et agencée de façon à être adjacente à la gorge pour garniture et à s'étendre en travers d'elle au moins jusqu' au bord extérieur de la gorge pour garniture, la gorge intérieure étant conçue pour communiquer avec le fluide afin d'appliquer une pression
d'étanchéité à la garniture lors du fonctionnement.
2. Diaphragme selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un bord (46) à son côté extérieur et une bague (60) qui est ajustée par frettage ou à force et
qui entoure le bord du côté extérieur du diaphragme.
3. Diaphragme selon la revendication 1, caractérisé À en ce que la gorge pour garniture présente une finition
striée en spirale.
4. Diaphragme selon la revendication 1, caractérisé
en ce qu'il est réalisé d'une seule pièce.
5. Diaphragme selon la revendication 1, caractérisé
en ce qu'il est formé d'un alliage à base de nickel.
6. Diaphragme selon la revendication 5, caractérisé
en ce qu'il est formé d'alliages du type SB-168 N06990.
7. Joint d'étanchéité activé par pression pour empêcher la fuite d'un fluide, caractérisé en ce qu'il comporte un diaphragme (110) ayant un bord (46) à son côté extérieur et une ouverture centrale (15) qui en traverse une surface extérieure (35); une garniture (80) disposée dans une gorge (38) pour sarniture sur la surface extérieure, la gorge pour garniture étant agencée autour de l'ouverture centrale et ayant un bord (42) à son côté extérieur; une gorge intérieure (50) agencée à l'intérieur du diaphragme autour de l'ouverture centrale et s'étendant en travers de la gorge pour garniture au moins jusqu'au bord du côté extérieur de cette gorge pour garniture, la gorge intérieure étant conçue pour communiquer avec le fluide afin d'appliquer une pression d'étanchéité à la garniture; et une bague (60) entourant le bord du côté
extérieur du diaphragme.
8. Joint d'étanchéité selon la revendication 5, caractérisé en ce que la gorge pour garniture présente une
finition striée en spirale.
9. Joint d'étanchéité selon la revendication 7, caractérisé en ce que le diaphragme est réalisé d'une seule pièce.
10. Joint d'étanchéité selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une plaque (120) de couvercle fixce à une paroi (95) d'une cuve, le
diaphragme étant disposé entre elles.
11. Joint d'étanchéité selon la revendication 7, caractérisé en ce que le diaphragme est formé d'un alliage
à base de nicLel.
12. Joint d'étanchéité selon la revendication 7, caractérisé en ce que le diaphragme est formé dun acier au
carbone/faiblement allié.
13. Procédé pour créer un joint d'étanchéité de diaphragme sur une cuve sous pression afin d'empêcher une fuite d'un fluide contenu dans la cuve, caractérisé en ce qu'il comprend: l'utilisation d'un diaphragme (110) ayant un bord (46) à son côté extérieur, une ouverture centrale (15) travereant une surface extérieure (35), une gorge (38) pour garniture agencée sur la surface extérieure autour de l'ouverture centrale et ayant un bord (42) à son côté extérieur, et une gorge intérieure (50), la gorge intérieure étant agencce dans le diaphragme autour de l'ouverture centrale et s'étendant en travers de la gorge pour garniture au moins jusqu'au bord du côté extérieur de cette gorge pour garniture; à placer une garniture (80) dans la gorge pour garniture; à placer le diaphragme et la garniture entre la cuve et une plaque (120) de couvercle, la garniture étant adjacente à la cuve; à fixer la plaque de couvercle à la cuve; et à exposer la gorge intérieure à un fluide sous
pression contenu dans la cuve.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'utilisation d'une bague (60)
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