Brevet FR2462364A1 — publié le 19810213

L'invention concerne un dispositif de basculement d'une pièce de poids élevé, d'un angle voisin de 900 dans un sens et dans l'autre. Dans le domaine de la grosse chaudronnerie, c'est-à-dire dans le domaine de la fabrication des éléments chaudronnés de poids très important, il est nécessaire d'effectuer des basculements de pièces, par exemple de pièces forgées, dont le poids est supérieur à 100 ton- nes. En particulier, dans le cas de la fabrication des éléments de cuve pour réacteurs nucléaires à eau pressurisée, il est nécessaire d'effectuer le basculement de sous-ensembles eux-mêmes constitués par des viroles ou des brides soudées entre elles pour opérer sur ces sous- ensembles les opérations d'usinage, de soudage ou de traitement thermique intervenant dans le cycle de fabrication. C'est ainsi qu'au cours de la fabrication du sous-ensemble supérieur d'une cuve de réacteur nucléaire à eau pressurisée dont le poids est d'environ 150 tonnes pour les réacteurs construits actuelle- ment, il est nécessaire de basculer le sous-ensemble dix huit fois pour le faire passer de la position verticale à la position horizon- tale, et vice versa. Ces rotations de 900 du sous-ensemble supérieur sont néces- saires car les différentes opérations successives effectuées sur le sous-ensemble (tournage, fraisage, soudage, détensionnement ou con- tr8le) sont effectuées soit avec le sous-ensemble en position verticale, soit avec le sous-ensemble en position horizontale. Jusqu'ici les opérations de basculement des différents élé- ments constituant une cuve de réacteur-nucléaire étaient effectuées à l'aide d'outillages spéciaux adaptés à chacune des pièces composant la cuve. Ces outillages comportent des stands sur lesquels des sup- ports montés tourillonnants permettent de faire tourner les éléments de cuve à symétrie de révolution autour de leur axe généralement dis- posé à l'horizontale, des colliers de manutention, des palonniers mu- nis de bielles de basculement liées au pont de manutention et d'autres outillages ayant une fonction particulière, l'utilisation successive de ces outillages permettant de réaliser des basculements des éléments de la cuve en cours de fabrication. Les opérations de basculement d'un élément de poids élevé de la cuve étaient donc extrêmement longues, car, préalablement à l'utili- sation des outillages mentionnés ci-dessus, il fallait effectuer un montage des colliers de manutention sur l'élément ou une fixation du palonnier et d'autre part la vitesse du pont de manutention utilisé dans sa fonction de retournement, était extrêmement faible, de l'or- dre de 1 mètre par minute. Il fallait donc compter pour chaque opération de bascule- ment d'un élément tel qu'un sous-ensemble, entre la position horizon- tale et la position verticale ou vice-versa, un temps voisin de 40 heures. Ceci ralentit donc fortement la fabrication et occasionne un temps d'utilisation des moyens de manutention extrêmement long. On connait d'autre part, dans le domaine de la chaudronnerie ou dans le domaine de la construction à l'aide de pièces de béton de poids très important, des basculeurs constitués par un support mobile ou plateforme articulée sur un support fixe dont le mouvement de ota- tion est assuré grâce à un vérin articulé d'une part sur le support fixe et d'autre part sur le support mobile. Dans de tels dispositifs, le support mobile passe de la posi- tion horizontale à la position verticale avec sa charge sous l'effet d'un vérin ou d'un ensemble de vérins qui ont un r8le moteur pendant tout le levage du support mobile depuis la position horizontale jus- qu'à la position verticale. Pendant la descente du support mobile de la position verti- cale à la position horizontale, le ou les vérins ont une action résis- tante, le poids du support mobile et de la pièce fournissant l'effort moteur. Dans ces dispositifs, le ou les vérins doivent donc effec- tuer un déplacement de grande amplitude du support mobile et de la charge, tout en exerçant un effort moteur ou résistant important pen- dant la plus grande partie du déplacement. D'autre part, en position verticale, le support mobile et sa charge ne sont pas stables et celà suppose qu'on maintienne le circuit d'alimentation du vérin sous pression. g Pour toutes ces raisons, ces dispositifs ne sont pas utilisa- bles dans le cas d'éléments de poids élevé sur lesquels on désire ef- fectuer des opérations d'usinage, de soudage ou de contr8le aussi bien en position horizontale qu'en position verticale. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de basculement d'une pièce de poids élevé d'un angle voisin de 900 dans un sens et dans l'autre, comportant un chassis fixé au sol, un support de charge sur lequel repose la pièce de poids élevé mobile en rotation autour d'un axe horizontal par rapport au châssis et au moins un vérin fixé de façon articulée au chtssis fixe dont la tige est reliée articu- lée au support mobile pour son entraînement, dans un sens par déploie- ment de la tige et dans l'autre par repli de cette tige, ce dispositif de basculement permettant d'exercer des efforts moteurs ou résistants par l'intermédiaire du vérin de grande amplitude, sur une faible par- tie du déplacement seulement, de placer la pièce en position stable à l'issue de chaque déplacement et de contr8ler au mieux la dépose de la pièce dans sa position finale à l'issue du déplacement. Dans ce but, le support de charge est mobile lors de la rota- tion de 900 entre deux positions stables dans lesquelles il repose sur des dispositifs d'appui disposés respectivement de part et d'autre du plan vertical contenant l'axe de rotation du support, sous l'effet d'un ou plusieurs vérins à double effet alimenté en fluide à pression variable dont l'action au cours du basculement est successivement mo- trice jusqu'au moment o le centre de gravité de l'ensemble support- charge traverse le plan vertical contenant l'axe de rotation puis ré- sistante jusqu'au moment o la rotation s'achève par la dépose du sup- port et de sa charge sur son appui de réception, l'effort moteur étant alors exercé par le poids de l'ensemble support-charge. 1 Afin de bien faire comprendre l'invention on va maintenant décrire à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation du dis- positif de basculement selon l'invention et un exemple d'utilisation de ce dispositif pour le basculement du sous-ensemble supérieur d'une cuve de réacteur nucléaire à eau sous pression. La figure 1 représente dans une vue en élévation le disposi- tif de basculement sur lequel le sous-ensemble est dans s*osition ver- ticale. La figure 2 représente le dispositif de basculement après rotation de 900, le sous-ensemble étant alors dans sa position horizontale. Sur les figures 1 et 2-on voit le support fixe 1 du dispositif de basculement constitué par une structure métallique pouvant suppor- ter sans déformation notable des charges très importantes. Ce ch9ssis fixe 1 porte par l'intermédiaire d'un axe 2 touril- lonnant dans des paliers tels que 4 un support mobile 3 constitué par deux équerres réunies par des pièces d'entretoisement. Le châssis fixe 1 et le support de charge 3 sont réalisés sous forme mécanosoudée, par assemblage de poutres-caissons dont le profil est représenté aux figures 1 et 2, assemblées par des entretoi- ses disposées transversalement, c'est-à-dire perpendiculairement au plan des figures 1 et 2. Chacune des parties latérales du châssis fixe 1 est en réa- lité constituée par un double caisson. Entre les deux parties de ce double caisson est disposé un vérin 5 dont le corps est fixé à l'une de ses extrémités de façon arti- culée au chassis fixe 1 par l'intermédiaire d'un axe 6 tourillonnant dans des paliers 7 fixés sur le châssis fixe. Un vérin tel que 5 est disposé de chaque c&té du dispositif de basculement, de façon articulée par rapport au châssis. Chacun des caissons est fixé au sol 10 de l'atelier pour la stabîlisation du châssis. La tige 12 du vérin 5 est fixée articulée par l'intermédiaire d'un axe 13 à la partie coudée 14 du caisson en forme de L du support mobile disposélatéralement du c8té du vérin 5. Chacun des deux vérins 5 est ainsi relié d'une part au chas- sis fixe et d'autre part à la partie coudée de l'équerre du support mobile disposé latéralement du m9me c8té du châssis. Les axes 2, 6 et 13 sont immobilisés en translation par des clavettes. La partie coudée de chacune des deux équerres du support mo- bile 3 comporte une excroissance sur laquelle est fixé l'axe 13 d'arti- culation de la tige du vérin. De cette façon, quelle que soit sa posi- tion, le vérin 5 ne gêne pas le mouvement du support mobile 3. Le support 1 comporte à sa partie supérieure une plateforme permettant un accès au dispositif, par exemple pour la fixation des c9bles pour la reprise de charge en vue d'une opération de manutention. Sur le support 1 est également fixé l'ensemble de commande hydraulique des vérins 16. Cet ensemble comporte un moteur hydraulique et son armoire de commande. Sur le support mobile 3 sont disposées des pièces de fixation de la charge 18 et 19 réglables sur la partie droite de l'équerre en fonction du type de pièce dont on effectue le basculement. Dans l'exemple de réalisation représenté aux figures 1 et 2 la charge est constituée par le sous-ensemble supérieur 20 de la cuve d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée. Les vérins 5 sont des vérins à double effet pouvant exercer une poussée de 160 tonnes. Chacune des chambres de ces vérins est re- liée à un circuit hydraulique permettant la commande des manoeuvres de basculement dans un sens et dans l'autre. Au cours de ces basculements, la charge et le support mobile sur lequel elle est fixée se déplacent entre deux positions stables re- présentées aux figures 1 et 2 dans lesquelles le support mobile repose sur des dispositifs d'appui 22 et 23 respectivement. Le dispositif d'appui 22 est fixé sur le sol 10 de l'atelier indépendamment du châssis fixe 1. L'appui 23 constitue par contre une partie du châssis fixe 1 sur laquelle viennent reposer les semelles 24 constituant chacune l'une des extrémités des équerres 3 du châssis mobile. Chacun des deux appuis 22 et 23 est recouvert de semelles de Néoprène faisant office d'amortisseurs. Chacune des chambres des vérins 5 est reliée à un réservoir de fluide hydraulique par l'intermédiaire de valves de séquence et de valves de freinage pour son alimentation en fluide hydraulique par une pompe ou pour le retour du fluide hydraulique au réservoir. Grâce aux valves de séquence chacune des chambres de chaque vérin peut être alimentée en fluide hydraulique moteur suivant le mouve- ment à réaliser à l'aide de ce vérin. L'autre chambre, également reliée au circuit hydraulique par l'intermédiaire d'une valve de séquence et d'une valve de freinage, se vide de son fluide hydraulique pendant le mouvement du piston sous l'effet du fluide moteur. Pour chacun des deux vérins le branchement sur le circuit hy- draulique est identique. Chacune des valves de séquence disposée à l'entrée ou à la sortie des chambres des vérins est pilotée pour son ouverture par le - 2462364 fluide d'alimentation du vérin. Ainsi lorsqu'on alimente les chambres correspondantes des deux vérins pour un mouvement de basculement dans un sens, la pression d'a- limentation provoque l'ouverture de la valve de séquence disposée sur la sortie de la chambre du vérin qui n'est pas alimentée et lorsque la pression est suffisante pour provoquer le mouvement du vérin, le fluide de la chambre qui n'est pas alimentée à l'intérieur de laquelle avance le piston du vérin fait retour au réservoir par l'intermédiaire de la valve de séquence dont l'ouverture est assurée par la pression d'ali- mentation et de la valve de freinage qui reste ouverte pendant le mouvement du piston. Si nous supposons que le support mobile portant la charge constituée par le sous-ensemble supérieur d'une cuve de réacteur nu- cléaire est au départ dans sa position verticale représentée à la figu- re 1, la pression doit d'abord monter dans la chambre du vérin alimen- tée pour provoquer le déploiement de la tige 12 de ce vérin jusqu'au moment o l'effort est suffisant pour provoquer le mouvement de rota- tion du support mobile et de la charge. Le mouvement se poursuit alors par avancée de la tige 12, le fluide hydraulique s'écoulant comme il a été décrit précédemment grace à l'ouverture de la valve de séquence sous l'effet de la pres- sion d'alimentation. Au cours du mouvement de rotation du support mobile et de sa charge, l'effort décroît progressivement puisque le couple à exer- cer sur ce support mobile en rotation autour de l'axe 2 diminue de la même façon que le couple résistant exercé par le poids de l'ensemble support-charge qu'on peut considérer comme appliqué au centre de gra- vité G de l'ensemble. En effet, au cours de la rotation du support mobile et de sa charge, le moment du vecteur P représentant le poids de la charge par rapport à l'axe 2 diminue progressivement pour s'an- nuler au moment o le centre de gravité G de l'ensemble traverse le plan vertical passant par l'axe 2 dont la trace sur le plan des figu- res 1 et 2 est représentée par la dDite désignée par le repère 26. L'effort moteur décroissant progressivement, la pression dans la chambre alimentée du vérin décroit elle-m9me jusqu'à devenir nulle au moment o le centre de gravité traverse le plan de trace 26. La pression d'alimentation devenant insuffisante pour con- tinuer à piloter la valve de séquence dans le sens de son ouverture, cette valve de séquence située à la sortie de la chambre non alimentée se ferme, ce qui a pour effet de maintenir la charge et de l'empêcher de retomber au moment o cette charge arrive à l'équilibre. Cet effort résistant permet de faire monter à nouveau la pression dans le circuit d'alimentation et il s'établit un équilibre entre le débit d'alimentation du vérin et le débit de sortie de l'hui- le de la chambre non alimentée, la valve de séquence s'ouvrant à nou- veau lorsque la pression dans le circuit d'alimentation augmente. La charge descend alors à une vitesse correspondant au débit d'alimentation de la chambre du vérin. Vers la fin du mouvement, c'est-à-dire lorsque la charge arri- ve pratiquement dans sa position horizontale représentée à la figure 2, une came actionne le galet de la valve de freinage disposé sur le cir- cuit d'échappement de l'huile et ferme progressivement le tiroir de cette valve de freinage, ce qui diminue la vitesse de descente de la charge et du support mobile. Les valves sont réglées de façon qu'un débit résiduel faible soit laissé sur la valve de freinage pour terminer l'accostage. Un contact de fin de course actionné par le support mobile lorsque celuici est à quelques millimètres du contact avec la butée 23 ferme les vannes du circuit hydraulique ce qui permet d'éviter d'a- jouter l'effort des vérins au poids de la charge lorsque celle-ci est reçue sur la butée 23. Le dispositif hydraulique qui vient d'être décrit permet éga- lement d'arrêter la charge à tout moment au cours de sa rotation de 90 autour de l'axe 2 pour passer de la position verticale à la position horizontale, ou inversement. Cet arrêt ne se fait pas de façon brutale, les valves de sé- quence ayant pour but de limiter l'effort de décélération à un niveau admissible. Les principaux avantages de l'invention, ainsi qu'il apparait dans la description de l'exemple de réalisation, sont que, la pièce une fois déposée sur le dispositif de basculement, la rotation s'effec- tue en un temps très court, par un déplacement de l'ensemble mobile entre deux positions stables, que l'effort moteur n'est exercé par les vérins que pendant une partie du basculement, que le dispositif per- met un amortissement de la dépose de l'ensemble mobile en fin de bas- culement et que le dispositif est entièrement autonome, si bien qu'aucun autre moyen de manutention n'est nécessaire pendant le basculement. Dans le cas d'un sous-ensemble supérieur d'une cuve de réac- teur nucléaire à eau sous pression d'un poids de 150 tonnes, le temps de basculement est d'environ 5 minutes et l'on évite ainsi les opérations de préparation et de basculement par les moyens de manutention classi- ques extrémement loegoes.A titre de comparaison, cette préparation et ce basculement par des moyens classiques de manutention demandent un temps de l'ordre de 40 heures pour un sous-ensemble supérieur de cuve de réacteur nucléaire. Le dispositif suivant l'invention a permis un gain de 300 heures sur le temps de fabrication du sous-ensemble supérieure de la cuve d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée. D'autre part, les conditions de travail et de sécurité sont beaucoup améliorées par le dispositif suivant l'invention. L'effort moteur exercé par le vérin est maximum au démarrage du basculement, lorsque l'ensemble mobile et sa charge sont en repos sur un appui fixe. Au contraire, cet effort moteur (ou ensuite l'effort résistant) est faible au moment o la pièce est dans sa position la plus éloignée des appuis fixes. D'autre part, il est apparent que la commande hydraulique des vérins permet d'automatiser parfaitement les opérations de basculement. Mais il est bien évident que l'invention ne se limite pas au mode de réalisation de l'invention qui vient d'gtre décrit mais qu'elle en comporte au contraire toutes les variantes, C'est ainsi qu'on peut imaginer une commande de vérin d'un type différent de celle qui a été décrite, cette commande devant per- mettre néanmoins une modulation de la pression envoyée dans la chambre d'alimentation du vérin à double effet et un freinage du mouvement de l'ensemble mobile lors de sa descente dans la deuxième partie du bas- culement. Il est bien évident également que l'invention ne se limite pas au basculement des composants de réacteurs nucléaires en cours de fabrication mais qu'elle est susceptible de s'appliquer dans toute in- dustrie o le basculement à 900 de pièces de poids très élevé est né- cessaire. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de basculement d'une pièce de poids élevé, d'un angle voisin de 900 dans un sens ou dans l'autre, comportant un châssis fixé au sol, un support de charge sur lequel repose la pièce de poids élevé, mobile en rotation autour d'un axe horizontal par rapport au châssis et au moins un vérin fixé de façon articulée au châssis fixe dont la tige est reliée articulée au support mobile pour son entraine- ment dans un sens par déploiement de la tige et dans l'autre par repli de cette tige, caractérisé par le fait que le support de charge est mobile lors de la rotation de 900 entre deux positions stables dans lesquelles il repose sur des dispositifs d'appui disposés respectivement de part et d'autre du plan vertical contenant l'axe de rotation du support, sous l'effet d'au moins un vérin à double effet alimenté en fluide à pression varia- ble dont l'action, au cours du basculement, est successivement, mo- trice jusqu'au moment o le centre de gravité de l'ensemble support- charge traverse le plan vertical contenant l'axe de rotation, puis ré- sistante jusqu'au moment o la rotation s'achève par la dépose du sup- port et de sa charge sur son appui de réception, l'effort moteur étant alors exercé par le poids de l'ensemble support-charge. 2.- Dispositif de basculement suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le support mobile est constitué par une structure métallique dont le profil dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation est en forme d'équerre et que la tige du vérin est articulée au voisinage de la partie centrale de l'équerre, ce support mobile venant reposer sur chacun des appuis fixes par l'intermédiaire de l'une des deux branches de l'équerre. 3.- Dispositif de basculement suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le vérin à double effet est alimenté par un circuit hydraulique comportant une valve dite valve de séquence à l'entrée de chacune des chambres du vérin pilotée pour son ouverture par la pression d'alimentation de ce vérin et des vLves de freinage à fermeture progressive lorsque la charge mobile approche de son appui de réception. 4.- Dispositif de basculement suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que des dispositifs de fixation réglables de la charge sont disposés sur le support mobile.