Brevet FR2104696A1 — publié le 19720421

2.104696 Il existe actuellement de nombreux types de grappins destinés à la manipulation d'objets divers. Ces grappins comportent généralement des griffes de préhension portées par des leviers articulés dont les dë-5 placements entre des positions rapprochées ou écartées d'accrochage et de décrochage de la charge sont commandés par des pièces mécaniques, électriques ou autres. Ces grappins sont notamment utilisés dans le cas du rechargement des éléments combustibles des réacteurs nucléaires, c'est-10 à-dire dans des ambiances particulièrement dangereuses et à des températures très élevées. Or les organes de commande, qu'ils soient mécaniques ou électriques, sont facilement détériorés par l'action des rayonnements nucléaires et résistent difficilement aux températures élevées. Il est 15 donc nécessaire de les surveiller très attentivement et de remplacer fréquemment les organes de commande, les accidents pouvant avoir des conséquences très graves. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient en réalisant un grappin dans lequel 20 les organes de commande ne risquent plus de se détériorer, le déplacement des griffes de préhension étant provoqué par une variation de l'effet thermique sur les organes de support desdites griffes. Cette invention a en effet, pour objet un grappin 25 de manipulation comportant un corps cylindrique creux, fermé à sa partie supérieure par une embase de liaison à un organe de suspension et de commande, à l'intérieur duquel des griffes de préhension sont déplacées simultanément les un^s par rapport aux autres entre des positions 30 d'accrochage et de décrochage, qui comporte pour chaque griffe, deux tiges de suspension métalliques, parallèles et 'solidaires l'une de l'autre au moins à leurs extrémités, dont l'une est creuse et prolongée à l'intérieur de la griffe par un passage de communication avec l'extérieur, et, dans l'embase 35 du corps, un conduit de mise en communication de chacune des tiges ainsi prolongées avec une source de fluide à une température 70 28420 2 2104696 nettement différente de la température ambiante provoquant la dilatation différentielle des deux tiges et le déplacement des griffes de préhension. Les tiges sont en un même métal. 5 Les déplacements des tiges sont ainsi provoqués par création d'une différence de température entre les deux tiges métalliques de support de la griffe, c'est-à-dire par une dilatation différentielle de ces deux tiges. Aucun organe mécanique, ni électrique, n'est utilisé à 10 l'intérieur du grappin, seul un fluide, qui peut être le même que celui qui constitue l'atmosphère ambiante mais porté à une température différente, parcourt l'une des tiges et est en contact avec ia paroi interne de celle-ci. La résistance d'un tel grappin peut donc facilement être 15 très grande quelle que soit la température ambiante et la nature du fluide qui 1'entoure. Par ailleurs, la sécurité de la préhension est facilement assurée en utilisant l'action du fluide moteur uniquement dans le sens du déplacement vers la position de décrochage de la charge ,• 20 le retour vers la position d'accrochage se faisant naturellement par la suppression de l'action du fluide. La description ci-dessous de modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, fera d'ailleurs ressortir les caractéris-25 tiques et avantages de l'invention. La figure 1 est une coupe longitudinale d'un grappin de manipulation, partie en position de préhension, partie en position de décrochage. La figure 2 est une vue de dessous du grappin de la 30 figure 1. La figure 3 est une vue, en coupe longitudinale, d'une variante de réalisation du grappin également partie en position de préhension, partie en position de décrochage. La figure 4 est une coupe partielle suivant la 35 ligne I-I de la figure 3. Le grappin représenté sur la figure 1 comporte un corps cylindrique creux 1 fermé à sa partie supérieure par une embase 2 reliée à un organe de suspension et de commande f non représenté. 70 28420 3 2104696 A l'intérieur de ce cylindre 1 deux griffes de préhension 4 sont suspendues à l'embase 2 chacune par deux tiges creuses 6 et 7 parallèles entre elles et fixées étroitement l'une à l'autre sur toute leur longueur. Ces 5 deux tiges sont réalisées en un même métal. La tige avant 6, la plus proche de l'extrémité de préhension de la griffe, est fermée à ses deux extrémités d'une part par la griffe elle-même, d'autre part par l'embase 2, tandis que la tige arrière 7 est prolongée à travers la griffe 4 par un 10 passage 8 qui la met en communication avec l'extérieur et notamment avec des lumières 10 percées dans le fond 12 du corps 1. Dans la position représentée sur la partie gauche de la figure 1, les deux tiges 6 et 7 sont verticales, c'est-15 à-dire parallèles à la paroi du corps 1, et la griffe 4 traverse une lumière 14 percée dans ladite paroi latérale, ■m pour faire saillie vers l'extérieur. Cette griffe 4 est en position de préhension d'une charge. Les deux tiges 6 et 7 sont également soumises à la température du fluide ambiant 20 quel qu'il soit et ne peuvent être dilatées que simultanément et de la même manière par celui-ci. Aucun déplacement accidentel de la griffe n'est à craindre. Celle-ci repose d'ailleurs sur le bord de la lumière 4 de telle sorte que le poids de la charge est supporté par la paroi de 25 cette lumière, c'est-à-dire par le cylindre 1 lui-même. A la partie supérieure du grappin, chacun des conduits internes des tiges arrière 7 est prolongé dans l'embase 2 par un conduit coudé 16 qui le relie à un canal axial 18 de communication avec une source de fluide 30 non représentée. Lorsqu'un fluide à une température différente de la température qui règne autour du grappin est ' introduit par ce canal 18 et pénètre dans les conduits 16 et dans les tiges 7, il crée une différence de température entre les tiges 6 et 7 et provoque une dilatation différen-35 tielle de ces tiges, dilatation qui tend à déplacer la griffe 4 dans la direction de la tige la plus froide. 70 28420 4 2104696 En conséquence, pour déplacer la griffe 4, par exemple de la position de péhension représentée sur la partie gauche de la figure 1 jusqu'à la position de décrochage représentée sur la partie droite, un fluide froid 5 est introduit dans le canal 18 et dans la tige 7 jusqu'au moment où il commande le déplacement de la griffe 4. Dans ce mouvement, le passage 8 quitte progressivement les lumières 10 pour venir au-dessus de la partie centrale du fond 12. La sortie de la tige 7 est alors progressivement fermée par 10 ce fond. Lorsque la griffe est tout à fait en retrait, le passage 8 est presque complètement fermé et le fluide ne circule plus que faiblement. Le refroidissement cesse mais la tige 7 est maintenue à une température suffisamment 15 faible pour rester dans la position de retrait. L'arrêt de la chute de température dans la tige 7 limite toutefois la déformation et empêche qu'elle ne devienne permanente. Les tiges gardent ainsi toute leur élasticité et dès que l'alimentation en fluide est interrompue, la température•de 20 la tige 7 retourne progressivement à sa valeur initiale. La griffe 4 revient peu à peu dans la position de préhension Le mode de réalisation des figures 1 et 2 suppose que la charge à accrocher est percée d'un alésage central dans lequel pénètre le grappin et munie d'une gorge ou d'un 25 épaulement de blocage des griffes écartées. Le canal 18 . doit donc être alimenté en fluide de commande de façon à rapprocher les griffes l'une de l'autre pendant introduction du grappin dans la charge. Cette alimentation est ensuite interrompue pour permettre aux griffes 4 de pénétrer dans 30. la gorge ou sous 1'épaulement. La manipulation et le déplacement de la charge peuvent alors être effectués simplement sans intervention du fluide de commande et sans risque de décrochage accidentel. Quelle que soit la charge qui est transportée, 35 l'accrochage est en effet réalisé de manière extrêmement sûre, puisque la position de repos de la griffe est la position d'accrochage, tandis que le décrochage nécessite la commande de la circulation du fluide et le maintien de 70 28420 5 2.104696 celle-ci. La forme des lumières 10 peut facilement être légèrement trapézoïdale (figure 2) de façon à assurer une fermeture progressive du passage 8 et par suite un déplacement complet de la griffe. 5 Cette régulation automatique du fluide agissant sur la tige peut d'ailleurs être réalisée de diverses autres façons. Par exemple, les passages 8 peuvent être coudés et déboucher en direction de l'axe du grappin. La sortie du fluide est alors empêchée progressivement par le rapprochement 10 des griffes qui place les passages 8 dans le prolongement les uns des autres ou les appuient contre une butée centrale fixe. Même lorsqu'un tel grappin est utilisé dans un réacteur nucléaire, où la température ambiante est très élevée, 15 celle-ci ne risque pas d'endommager le grappin et la sécurité reste la même après une utilisation prolongée. Lorsque la charge est pleine et surmontée d'une tête de préhension, l'accrochage doit être effectué par rapprochement des griffes. Les figures 3 et 4 montrent une 20 telle réalisation dans laquelle les organes de préhension sont également maintenus en position d'accrochage en l'absence de fluide de commande, mais cette position d'accrochage est la position rapprochée des griffes, les organes de préhension étant tournés vers l'axe du grappin, tandis que la partie 25 inférieure du cylindre 1 est ouverte. De même que dans le cas précédent, c'est la tige 7 la plus éloignée de l'extrémité de préhension qui est parcourue par vin fluide de refroidissement et les deux tiges ont une position verticale rectiligne en l'absence d'action du 30 fluide de commande. Les griffes sont alors accrochées sur la tête 22 de la charge 7. L'arrivée du fluide est 'destinée à provoquer l'écartement des griffes c'est-à-dire leur déplacement vers la paroi latérale 1 du cylindre. Ce cylindre 1 ne comportant pas de fond, les passages 8 de 35 prolongement de la tige 7 à travers la griffe 4, restent ouverts en position de décrochage de la pince, la déformation des tiges est toutefois limitée par le contact de la griffe avec ladite paroi 1. 70 28420 6 2104696 Le fonctionnement d'un tel grappin est semblable à celui du grappin de la figure 1. Comme celui-ci, il doit être alimenté en fluide de commande pendant son approche de la charge pour écarter les griffes ou lorsqu'il s'éloigne d'une 5 charge déposée. Il comporte toutefois une saillie centrale 20 qui, lorsqu'il est abaissé au-dessus de ladite charge à accrocher par exemple d'un assemblage de combustibles de réacteur nucléaire, vient buter sur la tête 22 dudit assemblage. Le contact de ces deux organes commande alors l'arrêt 10 de la descente du grappin et ferme l'alimentation du conduit 18, ce qui permet aux griffes de se rapprocher grâce au réchauffement de la tige 7 et au retour dès tiges 6 et 7 à la même température. Lorsque les griffes 4 sont en prise avec la tête 22, le grappin peut être déplacé avec la charge. 15 Bien entendu, dans le cas de la manipulation des éléments combustibles d'un réacteur nucléaire ou de la manipulation d'autres objets également placés normalement dans une ambiance à température extrêmement élevée, le fluide de commande des organes de préhension est un fluide froid, 20 mais il est bien évident que si le grappin devait être utilisé pour déplacer des objets placés dans une atmosphère à une température faible, il pourrait fonctionner de la même manière, grâce à l'utilisation d'un fluide chaud. Ce fluide parcourerait alors la tige 6 placée à proximité de l'extrémité 25 de préhension de la griffe et provoquerait par suite un déplacement analogue des griffes. La même sécurité et la même facilité de fonctionnement seraient obtenues dans ce cas. Ce grappin peut d'ailleurs être percé de deux séries de conduits 16 reliant les tiges 6 et 7 respectivement 30 à deux canaux 18 destinés à être branchés l'un sur une source de fluide chaud (alimentation des tiges 6) et l'autre sur une source de fluide froid (alimentation des tiges 7). Le choix de la source et de la tige de commande est alors déterminé par l'utilisation du grappin. 35 De même la tige qui n'est pas destinée à être parcourue par le fluide, au lieu d'être fermée à ses deux extrémités peut être pleine. 70 28420 7 2104696 La différence de température entre les deux tiges peut de plus être augmentée par interposition entre elles d'un isolant thermique, par exemple une nappe de fils métalliques, sur toute leur longueur de façon à assurer un découplage thermique. 5 Les deux tiges peuvent d'ailleurs n'être rendues solidaires l'une de l'autre qu'à leurs deux extrémités, ce qui rend possible leur déformation selon des courbes différentes mais permet cependant un déplacement suffisant de la griffe sous l'effet de la dilatation différentielle. 10 Le nombre de griffes peut également varier selon l'importance de la charge. Il est de deux sur les figures 1 et 2 et de huit sur les figures 3 et 4 mais ce ne sont que deux exemples. Dans tous les cas, la commande étant limitée au 15 déplacement des griffes vers la position de décrochage, et les organes destinés uniquement à la commande étant supprimés, la manipulation est sûre. Diverses modifications pourraient bien entendu être apportées au mode de réalisation qui vient d'être 20 décrit, sans sortir du cadre de l'invention. 70 28420 8 2104696 REVENDICATIONS 1°) Grappin de manipulation comportant un corps cylindrique creux, fermé à sa partie supérieure par une embase de liaison à un organe de suspension et de commande, à l'intérieur duquel des griffes de préhension sont 5 déplacées simultanément les unes par rapport aux autres entre des positions d'accrochage et de décrochage, qui comporte pour chaque griffe, deux tiges de suspension métalliques, parallèles et solidaires l'une de l'autre au moins à leurs extrémités 4ont l'une est creuse et prolongée à l'intérieur de la 10 griffe par un passage de communication avec l'extérieur, et, dans l'embase du corps, un conduit de mise en communication de chacune des tiges ainsi prolongées avec une source de fluide à une température nettement différente de la température ambiante provoquant la dilatation différentielle des deux tiges et le 15 déplacement des griffes de préhension. 2°) Grappin suivant la revendication 1, dans lequel les tiges de suspension sont en un même métal. 3°) Grappin suivant la revendication 2, dans lequel les tiges ont la même longueur, sont parallèles à 20 l'axe du corps et supportent les griffes en position de préhension en l'absence de circulation du fluide de commande. 4°) Grappin suivant l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le corps comporte un orifice latéral de passage de chaque griffe écartée en position de préhension 25 et un fond percé de lumières de sortie du fluide de commande pendant la majeure partie du déplacement des griffes vers leur position de décrochage. 5°) Grappin suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la tige de support la plus 30 éloignée de l'extrémité de préhension de la griffe est prolongée à travers celle-ci et parcourue par un fluide de commande de son refroidissement. 6°) Grappin suivant l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les deux tiges sont creuses. 70 28420 9 2104696 7°) Grappin suivant l'une des revendications 1 à 6 dans lequel les tiges sont solidaires l'une de l'autre sur toute leur longueur. 8°) Grappin suivant l'une des revendications 1 à 7 5 dans lequel vin moyen de découplage thermique est interposé entre les deux tiges.