[0001] La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de fermeture étanche
d'une enceinte par frettage de deux portées coniques.
[0002] 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.
[0003] 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.
[0004] 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.
[0005] 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.
[0006] 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.
[0007] 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.
[0008] 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.
[0009] 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.
[0010] 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.
[0011] 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.
[0012] 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.
[0013] 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.
[0014] 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.
[0015] 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.
[0016] 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.
[0017] On peut également, si les dimensions du bouchon le nécessitent, refroidir le bouchon
en même temps qu'on dilate la virole 4.
[0018] 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.
[0019] Le bouchon 8 comporte un logement 8b pour une tête de préhension 14 qui permet de
la manipuler commodément et à disrsnce.
[0020] 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.
[0021] 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.
[0022] 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.
[0023] 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.
[0024] 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.
[0025] 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.
[0026] 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.
[0027] 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.
[0028] 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.
[0029] 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.
[0030] 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.
[0031] 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.
[0032] 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.
[0033] 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 4
1' 4
2, 4
3 etc pour la virole 4 et 8
1, 8
2, 83 etc. pour le bouchon 8. Deux portées coniques consécutives sont séparées par
un talon. Ainsi, entre les portées coniques 4
1 et 4
2, on trouve le talon 31, et entre les portées coniques 8
1 et 8
2, on trouve le talon 32.
[0034] 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.
[0035] 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.
[0036] 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.
[0037] 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.
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.