Brevet FR2475923A1 — publié le 19810821

Module à tuyères de séparation. La présente invention a pour objet un module à tuyères pour la séparation de mélanges de divers poids moléculaires de gaz ou de vapeurs, en particulier pour des dispositifs de tuyères à double changement de direction. Le brevet allemand n0 24 19 192 renferme la description d'un dispositif de tuyères à double changement de direction dans lequel est exercée, par application de la technique de tuyères connue de par la demande de brevet allemand n0 11 98 328, une séparation postérieure de la fraction lourde en vue d'augmenter l'effet propre des tuyères. On dispose à cet effet, dans une rainure commune du corps des tuyères, deux paires de barres profilées avec cette particularité que les arêtes actives, décalées latéralement, de chaque paire de barres viennent en prise dans une gorge de renvoi ménagée dans une barre de l'autre paire et qu'une des paires est munie de languettes en saillie par rapport aux surfaces d'appui de l'autre paire.Les corps de tuyères forment des éléments insérables dans une unité de construction quien groupe plusieurs et chaque unité de construction peut être assemblée à d'autres de même genre. Dans l'application industrielle du procédé de séparation par tuyères à la séparation d'isotopes d'uranium, il faut compter, comme on le sait, sur des longueurs de parcours de plusieurs milliers de kilomètres. L'invention a par con séquent pour objet un module à tuyères de séparation du genre annoncé dans lequel, en particulier pour les dispositifs de tuyères à double changement de direction, mais aussi pour les systèmes à tuyères simples, une longueur de parcours de séparation optimale puisse trouver place dans un volume de construction des plus faibles. Ce module à tuyères de séparation est caractérisé par le fait que, formant une sorte de tube profilé en prisme hexagonal, il se compose essentiellement de trois unités de construction, à savoir la chambre d'amenée du gaz de départ, la chambre d'évacuation de la fraction lourde et, entre ces deux chambres, un corps central formé de bandes extrudées munies de logements pour des tuyères à queue d'aronde et disposées par paires en sorte que les fractions légères affluent chacune à une chambre générale, ces bandes extrudées comportant, en fonction de la hauteur de construction du module, plusieurs tels logements de tuyères à queue d'aronde placés les uns au-dessus des autres et les bandes extrudées extérieures présentant vers l'extérieur leurs fentes de sortie destinées à la seconde fraction légère, des trous étant affectés en ouvertures de sortie et d'entrée aux chambres d'amenée et d'évacuation précitées, le gaz de départ arrivant par des trous du fond du module, les deux fractions légères étant prélevables, d'une part la première dans une chambre collectrice formée,au-dessus du module, par une paroi intermédiaire et une plaque, chambre à laquelle elle est amenable par des tubes, d'autre part la seconde dans la chambre entourant de module, et la fraction lourde est amenable par d'autres tubes à la chambre située au-dessus de ladite plaque. Le faible volume de construction ainsi obtenu permet de réduire très fortement le coût d'une installation d'enrichissement. On maîtrise de façon sûre les grands débits de gaz nécessaires d'autre part, et les procédés de réalisation adoptables permettent une production en grande série respectueuse des tolérances de fabrication requises. Suivant d'autres particularités avantageuses possibles de l'invention : les bandes extrudées comportent, dans les flancs latéraux des logements de tuyères à queue d'aronde, des rainures à travers lesquelles le gaz de départ et la fraction lourde sont acheminables, lesdites rainures correspondant avec les trous des ouvertures de sortie et d'entrée, et la face plane opposée comporte des trous de guidage de billes; du côté opposé à la face plane à trous de guidage, des trous de guidage supplémentaires sont aussi ménagés, pour l'insertion de billes de compensation, dans les parties intermédiaires en queue d'aronde; des tôles élastiques de serrage servant à la fixation des barres de tuyères de séparation pénètrent, par leurs extrémités courbées en arcs de cercle, dans une encoche de chaque barre de tuyères de séparation d'une paire de telles barres; les tôles élastiques de serrage sont ondulées et percées de trous; les bandes extrudées comportent des logements de tuyères à queue d'aronde décalés en quinconce d'une face à l'autre; les faces frontales des bandes extrudées sont munies de guides en queue d'aronde par lesquels celles-ci sont insérables dans des guidages correspondants ménagés dans les parois extérieures des chambres d'amenée et d'évacuation de gaz. L'invention a également pour objet un procédé de réalisation de tels modules à tuyères de séparation caractérisé par le fait qu'on réalise par extrusion les chambres d'amenée et d'évacuation de gaz en des tubes profilés sans joint dans lesquels on ménage en même temps les guidages pour les bandes extrudées, que, dans l'extrusion des bandes, on munit cellesci de profils sensiblement rectangulaires pour le logement ultérieur des barres de tuyères, ces profils étant en même temps dotés, dans la même opération, des rainures à extrémité semi-circulaire, puis on réalise à la fraise diamantée le profil géométrique exact des logements des barres de tuyères ainsi que, par sciage à la fraise ou poinçonnage, les trous de guidage de billes et les fentes de sortie pour la seconde fraction légère et enfin, par grenaillage, le dressage des bandes extrudées. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée d'un mode de réalisation pris comme exemple non limitatif et illustré schématiquement par le dessin annexé, sur lequel la figure 1 est une vue en perspective avec demi-coupe d'un module selon ladite invention; la figure 2 est une vue d'en haut avec coupe partielle; la figure 3 représente une bande extrudée; la figure 4 représente une autre bande extrudée comportant, de part et d'autre, des logements de tuyères à queue d'aronde; la figure 5 illustre la fixation des barres de tuyères de séparation sur la bande extrudée. Le module à tuyères de séparation 10 est établi en prisme hexagonal régulier. Deux capots de revêtement 11,12 entourent, à l'exception de la région des faces 13,14 du prisme, un corps central 15 composé de bandes extrudées 16 qui renferment les logements en forme de queues d'aronde destinés aux barres de tuyères, y compris les parois de changement de direction selon le brevet allemand n0 24 19 192. Comme on le voit également sur la figure 3, les bandes extrudées 16 sont disposées horizontalement à une certaine distance les unes des autres. Parmi les huit bandes individuelles prévues ici, deux d'entre elles, référencées 16.1, 16.2, ont une plus grande largeur que les six autres, 16.3 à 16.8, et sont placées entre celles-ci dans une rainure centrale. Ces huit bandes extrudées sont toutes maintenues en genre de sandwich, sur leurs faces longitudinales étroites, par des parois latérales 17, 18 qui comportent des rainures en disposition conforme à celle desdites bandes extrudées 16. Les capots de revêtement 19, 20 (11,12) enferment le corps central 15, en le corps prismatique précité et forment avec les parois latérales 17,18 deux chambres respectives, d'amenée 21 du gaz de départ A, d'évacuation 22 de la fraction lourde S. Lesdits capots de revêtement 19,20 sont fixés aux parois latérales 17, 18 par des vis. L'entrée et la sortie des gaz par rapport aux zones de séparation des bandes extrudées 16 s'effectuent par des trous alésés 23 dont la disposition dans les parois latérales 17, 18 correspond direc -tement aux écartements entre les zones de séparation à l'intérieur des bandes extrudées 16. Il existe, en outre, des ouvertures d'admission 24 du gaz de départ A dans le fond 16 et des ouvertures de sortie des fractions légères L1, L2 et de la fraction lourde S dans le couvercle 25. Des tubes de différentes longueurs permettent d'introduire la première fraction légère L1 et la fraction lourde S dans des chambres individuelles, tandis que la seconde fraction légère L2 pénètre par des ouvertures 27 dans la chambre entourant le module à tuyères de séparation. Pour la fraction lourde S, il est prévu, dans une plaque supérieure 28 fermant toute la cage constituée par plusieurs modules 10, des ouvertures 29 auxquelles aboutissent des tubes 30. La fraction lourde S est ainsi disponible au-dessus de la plaque 28. La première fraction légère L1 est amenée par des tubes 31 à une chambre formée par la plaque 28 et une paroi inter médiaire 32. La paroi intermédiaire 32 se trouve un peu audessus du module à tuyères de séparation 10 et délimite, pour toute la cage de plusieurs modules, la chambre collectrice de la première fraction légère L1.La seconde fraction légère L2 sort par les ouvertures précitées 27 du couvercle 25. De plus, les faces 13,14 du module à tuyères de séparation 10 comportent, en raison de la disposition des bandes extrudées 16 dans le corps central 15, des fentes de sortie latérales 33 pour cette même seconde fraction légère L2. Le module à tuyères de séparation 10 est maintenu assemblé par quatre tirants 34 qui prennent appui sur le couvercle 25 et sont vissés dans une plaque de fond 35 commune à tous les modules; ces tirants 34 traversent les chambres formées, par les capots de revêtement 11,12 et les parois latérales 17,18, pour le gaz de départ A et la fraction lourde S. Les bandes extrudées 16 renferment, les uns au-dessus des autres selon la figure 3, par exemple douze logements de tuyères à queue d'aronde 37 dans lesquels on introduit les barres de tuyères selon le brevet allemand n0 24 19 192, c'està-dire soit des tuyères à double changement de direction, soit des tuyères simples. Dans les flancs des logements 37 des tuyères à queue d'aronde, et à peu près à mi-hauteur, il existe des rainures 38 terminées en profondeur de façon semicirculaire et réalisées dans le processus d'extrusion, les logements 37 étant de même préformés à un profil sensiblement rectangulaire dans le processus d'extrusion et amenés à leur forme géométrique en queue d'aronde au moyen de fraises dia mantées. Les rainures à extrémité semi-circulaire 38 servant à l'amenée et à l'évacuation des gaz restent non usinées. On ménage, par sciage à la fraise ou poinçonnage, des trous de guidage de billes 40 selon le brevet allemand n0 24 19 192 et les fentes de sortie 33 de la seconde fraction légère L2 dans la face plane 39 des bandes extrudées 16 opposée aux logements 37 des tuyères à queue d'aronde. Les chambres 21, 22 destinées au gaz de départ A et à la fraction lourde S peuvent être extrudées sans joint à partir d'un tube profilé. La jonction des chambres aux bandes extrudées 13 s'effectue à l'aide de bandes de serrage, si bien que les chambres sont assemblées à la manière d'un sandwich. Il suffit à cet effet de trois bandes de serrage disposées les unes au-dessus des autres. Sur tous les emplacements de pressage, l'étanchéité peut être assurée par feuille de "Viton" dans cette réalisation comme dans la précédente. On peut aussi assembler les chambres extrudées 21,22 aux bandes extrudées 16 en une unité compacte sans bandes de serrage ni vissages, en munissant les faces frontales 60 des bandes extrudées 16 de guides en queue d'aronde que l'on insère dans des guidages correspondants ménagés dans les parois de chambres. Avec une précision de fabrication appropriée, on peut ainsi réaliser un module à tuyères de séparation compact et étanche aux gaz. Comme on l'a déjà exposé, l'effet d'écartement des billes connu de par le brevet allemand n0 24 19 192 peut être utilisé à la fixation des barres de tuyères insérées dans les logements des tuyères à queue d'aronde. Pour permettre de compenser les contraintes survenant en même temps, lesquelles peuvent conduire au gauchissement des bandes extrudées et nuire par là à la précision des tuyères dans la zone de séparation, des trous de guidage supplémentaires de billes 41 sont ménagés en position centrale au-dessous des parties intermédiaires en queue d'aronde 42. A la même distance que les billes d'écartement dans la zone des barres de tuyères, on insère, sous la même pression ou sous une pression dosée, des billes de compensation dans lesdits trous de guidage 41, de sorte que l'on peut établir un équilibre de tensions ou contraintes. La figure 4 représente une bande extrudée 43 avec système de tuyères simple dans laquelle sont ménagés, au lieu de logements de tuyères à queue d'aronde disposés d'un seul côté comme dans les exemples précédents, des logements 44,45 décalés en quinconce d'une face à l'autre. Il en résulte deux avantages : d'une part, les contraintes des jeux de barres de tuyères de séparation 46,47 insérés se trouvent compensées par l'effet bilatéral des billes 48; d'autre part, on peut loger en bonne géométrie, pour une même longueur de module, le double de tuyères de séparation. On voit sur la figure 5 la façon dont on peut remplacer la fixation par écartement de billes entre les jeux de barres de tuyères de séparation et la bande extrudée par une fixation au moyen de tôles élastiques de serrage 49. Ces tôles 49 sont ondulées et pénètrent par leurs extrémités arrondies 50 dans des encoches 51 des barres de tuyères de séparation de chaque paire de barres limitrophe. Les tôles élastiques de serrage 49 sont munies de trous 52 en vue d'améliorer leur maniement et la circulation des gaz. La disposition des tôles élastiques de serrage 49 est représentée de façon plus détaillée sur la figure 4. On y voit nettement aussi la façon dont chacune d'elles fixe les barres de tuyères de séparation opposées, d'une paire à l'autre. REVENDICATIONS 1. Module à tuyères pour la séparation de mélanges de divers poids moléculaires de gaz ou de vapeurs, en particulier pour des dispositifs de tuyères à double changement de direction, caractérisé par le fait que ledit module (10), formant une sorte de tube profilé en prisme hexagonal, se compose essentiellement de trois unités de construction, à savoir la chambre d'amenée (21) du gaz de-départ (A), la chambre d'évacuation (22) de la fraction lourde (S) et, entre ces deux chambres (21,22), un corps central (15) formé de bandes extrudées (16) munies de logements (37,44,45) pour des tuyères à queue d'aronde et disposées par paires en sorte que les fractions légères (L1,L2) affluent chacune à une chambre générale, ces bandes extrudées (16) comportant, en fonction de la hauteur de construction du module (10), plusieurs tels logements de tuyères à queue d'aronde (37,44,45) placés les uns au-dessus des autres et les bandes extrudées extérieures (16.3 , 16.8) présentant vers l'extérieur leurs fentes de sortie (33) destinées à la seconde fraction légère (L2), des trous (23,9) étant affectés en ouvertures respectivement de sortie et d'entrée aux chambres d'amenée et d'évacuation précitées (21,22), le gaz de départ (A) arrivant par des trous (24) du fond (26) du module à tuyères de séparation (10), les deux fractions légères (L1,L2) étant prélevables, d'une part la première (L1) dans une chambre collec trice formée, au-dessus du module (10), par une paroi intermédiaire (32) et une plaque (28), chambre à laquelle elle est amenable par des tubes (31), d'autre part la-seconde (L2) dans la chambre entourant le module (10), et la fraction lourde (S) étant elle-même amenable par d'autres tubes (30) à la chambre située au-dessus de ladite plaque (28). 2. Module à tuyères de séparation selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les bandes extrudées (16) com portentzaans les flancs latéraux des logements de tuyères à queue d'aronde (37,44,45), des rainures (38) à travers lesquelles le gaz de départ (A) et la fraction lourde (S) sont acheminables, lesdites rainures (38) correspondant avec les trous (23,9) des-ouvertures de sortie et d'entrée, et la face plane opposée (39) comporte des trous de guidage de billes (40). 3. Module à tuyères de séparation selon la revendication 2 caractérisé par le fait que du côté opposé à la face plane à trous de guidage (39), des trous de guidage de billes (41) supplémentaires sont aussi ménagés, pour l'insertion de billes de compensation, dans les parties intermédiaires en queue d'aronde (42). 4. Module à tuyères de séparation selon la revendication 1 caractérisé par le fait que des tôles élastiques de serrage (49) servant à la fixation des barres de tuyères de séparation (46, 47) pénètrent, par leurs extrémités courbées en arcs de cercle (50), dans une encoche (51) de chaque barre de tuyères de séparation (54,55) d'une paire de telles barres. 5. Module à tuyères de séparation selon la revendication 4 caractérisé par le fait que les tôles élastiques de serrage (49) sont ondulées et percées de trous (52). 6. Module à tuyères de séparation selon la revendication 2 caractérisé par le fait que les bandes extrudées (16) comportent des logements de tuyères à queue d'aronde (44,45) décalés en quinconce d'une face à l'autre. 7. Module à tuyères de séparation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé par le fait que les faces frontales (60) des bandes extrudées (16) sont munies de guides en queue d'aronde par lesquels elles sont insérables dans des guidages correspondants ménagés dans les parois extérieures des chambres d'amenée et d'évacuation de gaz (21,22). 8. procédé de réalisation de modules à tuyères de séparation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé par le fait qu'on réalise par extrusion les chambres d'amenée et d'évacuation de gaz (21,22) en des tubes profiles sans joint dans lesquels on ménage en même temps les guidages pour les bandes extrudées et que, dans l'extrusion des bandes (16), on munit celles-ci de profils sensiblement rectangulaires pour le logement ultérieur des barres de tuyères, ces profils étant en même temps dotés, dans la même opération, des rainures à extrémité semi-circu laire (38), puis on réalise à la fraise diamantée le profil géométrique exact des logements des barres de tuyères ainsi que, par sciage à la fraise ou poinçonnage, les trous de guidage de billes (40,41) et les fentes de sortie (33) pour la seconde fraction légère (L2) et enfin, par grenaillage, le dressage des bandes extrudées (16).