Brevet FR2523019A1 — publié le 19830916

La présente invention due aux travaux de Monsieur Jean SPITZ de la Société SOCOFREN a pour objet une buse de sablage à jet plat et contenant des particules solides abrasives. Elle se rapporte en particulier à une buse de sablage à eau sous haute ou très haute pression utilisée pour le nettoyage de surfaces fortement en- crassées ou recouvertes d'oxydes, de peinture, de dép 8 ts divers Elle a également pour objet un procé- dé de mise en oeuvre d'une buse de sablage pour la décontamination radio-active. Pendant le fonctionnement de centrales nucléaires, et des unités de retraitement des com- bustibles nucléaires certains éléments sont exposés à un rayonnement Une pellicule radioactive mince se forme sur la surface de ces éléments et il est né- cessaire d'éliminer cette pellicule Ceci ne peut être obtenu par l'utilisation d'eau sous pression seule, car cette dernière ne permet pas l'élimina- tion des oxydes On utilise donc des dispositifs de sablage à eau sous haute pression dans lesquels le jet d'eau contient des particules abrasives Un dis- positif de sablage de ce type comporte un dispositif d'entrée qui engendre un jet à l'intérieur d'une chambre à dépression Une canalisation qui amène un mélange d'air et d'abrasif débouche également dans cette chambre La dépression permet l'aspiration de l'abrasif qui est alors incorporé dans l'eau du jet. Les dispositifs de sablage connus de ce type sont réalisés de deux manières possibles. Selon un premier type, l'eau est injectée selon l'axe du dispositif de sablage et la canalisa- tion d'amenée de l'abrasif débouche latéralement dans la chambre à dépression Cette réalisation per- 2523 D 19 met un encombrement réduit, une réalisation simple et une grande concentration du jet d'eau. Cependant, un inconvénient de ce disposi- tif est que la totalité du jet mixte air-solide-eau a un effet abrasif sur la buse de sortie; pour en limiter les effets, celle-ci doit être réalisée dans la masse en un matériau très dur, comme le carbure. Selon un deuxième type de réalisation pos- sible, la canalisation d'amenée des particules abra- sives est disposée dans l'axe du dispositif et une ou plusieurs buses d'éjection sont disposées latéra- lement par rapport à cette canalisation Trois, qua- tre ou six buses à ajutages cylindriques sont dispo- sées annulairement et convergent vers un point situé vers la sortie du sableur Cette disposition présen- te l'avantage d'exposer peu les parois de la buse de sortie à l'action des particules abrasives, parce que le jet mixte n'est pas homogène En effet, les particules sont concentrées essentiellement au cen- tre du jet En outre, l'impact du jet sur la pièce à nettoyer est réparti sur une surface plus importan- te. Toutefois, quel que soit le mode de réali- sation envisagé, les dispositifs de sablage connus antérieurement présentent une trace circulaire sur la pièce à nettoyer lorsque sa surface est présentée perpendiculairement au jet, semi-elliptique lorsque cette surface se présente sous un angle d'incidence inférieur à 90 : dans ce dernier cas les abrasifs éjectés ont une action dégressive inversement pro- portionnelle à la distance du sableur à l'objet traité: l'érosion sera plus importante au sommet de la demi-ellipse. La présente invention a pour objet une bu- se de sablage qui fournit un jet plat et contenant des particules abrasives, ce qui permet le nettoyage de surfaces plus importantes sans nécessiter la mise en parallèle de plusieurs dispositifs de sablage à jet circulaire. A cette fin, la buse de sablage de l'in- vention pour la décontamination de pièces radioacti- ves au moyen d'un jet formé d'un mélange d'eau et de particules abrasives se caractéirise en ce qu'elle comporte un dispositif d'entrée de type connu, apte à engendrer un jet d'eau plat, d'angle d'ouverture a dans le plan du jet, à l'intérieur d'une chambre à dépression, un organe de sortie présentant, dans des plans perpendiculaires au jet plat, deux parois lat- érales divergentes sensiblement d'ouverture a et, de part et d'autre du jet plat, deux parois convergen- tes formant un angle 1, ledit organe de sortie fai- sant partie intégrante de la chambre à dépression, et l'angle O étant déterminé de manière telle qu'il se produise dans la chambre une dépression suffisan- te pour que le jet plat entraîne les particules a- brasives introduites par une canalisation véhicu- lant un mélange gaz-particules abrasives. D'autre part, l'invention a pour objet un procédé de mise en oeuvre d'une buse de sablage pour la décontamination radio-active, caractérisé en ce que l'on utilise des particules abrasives solubles dans l'eau. Etant donné que cette dissolution n'est pas immédiate, ces particules se présentent sous forme solide pendant l'opération de sablage, ce qui leur permet de remplir ce r 8 le d'abrasif; elles se dissolvent ensuite dans l'eau. De préférence, ces particules abrasives sont en trioxyde de bore Ce matériau qui se trans- forme en acide, et gonfle, au contact de l'eau, ap- paraissait a priori peu approprié pour une telle u- tilisation L'inventeur a montré qu'elle était pos- sible à condition d'adopter des paramètres de procé- dé convenables et des structures adaptables, permet- tant d'obtenir des vitesses importantes d'écoule- ment et d'éviter les risques de bouchage des canali- sations. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la descrip- tion qui suit, d'exemples de réalisation de l'inven- tion,qui se réfère aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 représente une vue en coupe d'un premier mode de réalisation du dispositif de sablage de l'invention comportant une buse d'éjection unique disposée axialement et une amende d'abrasifs latérale; la figure 2 représente une vue en pers- pective de la buse de sortie du dispositif de la figure 1, la figure 3 représente un deuxième mode de réalisation du dispositif de sablage de l'inven- tion comportant une amenée d'abrasif axiale et une buse d'éjection unique disposée latéralement, la figure 4 représente une variante de réalisation de la buse d'éjection de la figure 3 et comportant deux buses d'éjection latérales disposées symétriquement par rapport à la canalisa- tion axiale d'amenée des particules abrasives, la figure 5 donne le principe d'un troi- sième mode de réalisation qui comporte quatre buses d'éjection, parmi lesquelles deux buses à jet plat et deux buses à jet cylindrique. On a représenté sur les figures 1 et 2 un premier exemple de réalisation d'une buse de sablage 2 réalisée conformément à l'invention La figure 1 est une vue en coupe de cette buse de sablage, tan- dis que la figure 2 est une vue en perspective de l'organe de sortie qui est partie intégrante de la buse de sablage. La buse 2 comporte un corps 4 de forme cylindrique A l'intérieur du corps 4 on trouve une chambre 6 circulaire qui comporte une partie cylin- drique prolongée par une partie conique qui va en s'évasant L'angle de la partie conique 8 est appro- ximativement égal à l'angle d'éjection de la buse à jet plat 18 A l'une des extrémités du corps 4 est pratiqué un filetage intérieur dans lequel est vissé le bloc d'arrivée 10 de l'eau sous haute pression. Le bloc 10 est immobilisé par rapport au corps 4 par un contre-écrou 12 Un filetage intérieur 14 permet le branchement du raccord de la canalisation d'ame- née d'eau sous haute pression (non représentée). Cette canalisation amène l'eau dans le canal intérieur 16 qui débouche lui-même sur une buse d'é- jection 18 vissée dans le bloc 10 La buse 18 com- porte un orifice de sortie 20 La section de cet orifice est déterminée de manière à produire un jet plat Une buse d'éjection de ce genre est connue A titre d'exemple, la Société SOCOFREN commercialise des buses d'éjection qui peuvent être utilisées pour réaliser l'invention La buse d'éjection 18 est vis- sée sur le bloc d'arrivée 10 Un contre-écrou 22 permet de la bloquer en rotation par rapport au corps 10 Un joint torique 24 assure l'étanchéité entre le corps 10 et la buse d'éjection 18. A l'autre extrémité du corps 4 se trouve l'organe de sortie 26 Il est vissé sur un filetage extérieur du corps 4 Il comporte à cet effet une partie moletée 26 a Un contre-écrou 28 permet d'as- surer son blocage en rotation par rapport au corps 4. L'organe de sortie 26, qui présente deux parois latérales divergentes, sensiblement d'ouver- ture a, situées dans des plans perpendiculaires au jet plat et deux parois convergentes 26 c formant un angle È L'intérieur 9 de l'organe de sortie 26 fait partie intégrante de la chambre à dépression. Le dispositif de sablage 2 comporte encore une canalisation 29 pour l'amenée des particules abrasives La canalisation 29 est terminée par un raccord d'arrivée 30 vissé sur le corps 4 Le rac- cord 30 débouche à l'intérieur de la chambre d'aspi- ration 6 Il est disposé, dans l'exemple de réalisa- tion de la figure 1, perpendiculairement à l'axe longitudinal du corps 4. L'angle O de l'organe de sortie 26 est dé- terminé de façon telle qu'il se produise dans la chambre une dépression suffisante pour que le jet plat entraîne les particules abrasives introduites par la canalisation 29 véhiculant un mélange gaz- particules abrasives, le gaz pouvant être de l'air. La buse d'éjection 18 et l'organe de sor- tie 26 doivent être positionnés angulairement l'un par rapport à l'autre, de telle manière que le jet plat soit aligné avec l'orifice de l'organe 26 Ce positionnement angulaire peut être effectué facile- ment au moyen des contre-écrous 22 et 28 qui permet- tent de bloquer respectivement la buse d'éjection 18 et l'organe de sortie 26 en une position quelconque. Le fonctionnement de la buse de sablage représentée sur la figure 1 est le suivant. On amène l'eau sous pression par l'ajutage de la buse d'éjection 18 à l'intérieur de la chambre à dépression 6 Cette dépression permet l'aspiration, à l'intérieur de la chambre 6, du mé- lange d'air et de particules abrasives amené par la canalisation 28 Les particules abrasives se mélan- gent au jet d'eau et le jet mixte, c'est-à-dire le mélange air-particules solides-eau, traverse la buse de sortie 26 La buse d'éjection 18 de réalisa- tion connue, donne un jet plat Le plan de plus fai- ble épaisseur de l'organe de sortie 26 coïncide ap- proximativement avec le plan médian du jet d'eau plat sous haute pression L'intérieur de l'organe de sortie 26 fait partie intégrante de la chambre à dépression 6. Selon une variante de réalisation (non représentée) de la buse de sablage de la figure 1, on augmente la section d'entrée du mélange air-par- ticules solides tout en réalisant une arrivée de ce mélange parallèle à l'axe du corps 4 A cet effet, une pièce supplémentaire comportant une cavité for- mant un coude permet le montage d'un raccord d'arri- vée du mélange Cette pièce est fixée, par exemple par des vis, sur le corps 4 Cette pièce rapportée présente une longue résistance à l'usure par abra- sion dans le coude, par suite de l'épaisseur de ses parois. On a représenté sur la figure 3 un deuxiè- me mode de réalisation perfectionné du dispositif de sablage de l'invention Cette buse de sablage 102 se distingue de la buse de sablage 2 représentée sur la figure 1 en ce que la canalisation d'amenée du mé- lange air-particules abrasives est disposée dans l'axe du corps 104, tandis que la buse d'éjection 118, qui est unique, est disposée latéralement à cette canalisation Sur la figure 3, les pièces qui ont la même fonction que celle de la buse 2 de la figure 1 ont été désignées par les mêmes numéros de référence augmentés de 100 Leur description ne sera en conséquence pas reprise en détail. Dans le cas de la buse 102, l'angle formé par le plan médian du jet d'eau plat délivré par l'ajutage 120 et l'axe de la canalisation d'amenée du mélange air-solides doit être aussi faible que possible. L'arrivée de l'eau sous haute pression se fait par le corps 104 cylindrique Cette canalisa- tion d'amenée est fixée dans ce corps 104 sur le filetage 114 Un conduit 116 amène l'eau sous haute pression à la buse d'éjection 118 vissée dans le corps 104 Un contre-écrou 122 permet le positionne- ment en rotation de la buse d'éjection 118 On peut ainsi positionner cette buse de telle manière que l'axe longitudinal de l'ajutage 120 soit aligné avec l'orifice de l'organe de sortie 126 La position an- gulaire de la buse 122 peut être réglée au moyen d'un contre-écrou 112. On remarque que dans ce mode de réalisa- tion, la chambre à dépression est constituée essen- tiellement par l'intérieur 109 de l'organe 126. Dans l'axe du corps 104 est vissé le rac- cord 130 d'arrivée du mélange air-particules abrasi- ves Un insert 132 disposé dans un alésage 134 du corps 104 canalise le mélange air-particules abrasi- ves jusqu'à sa rencontre avec le jet d'eau sous hau- te pression Un joint torique 136 assure une liaison étanche entre l'embout 130 et l'insert 132 Il est important de noter que le raccord 130 vient s'appli- quer directement sur la collerette 132 a de l'insert 132 lorsque celui-ci est cylindrique. La paroi 126 b de l'organe de sortie 126 est sensiblement parallèle au plan médian du jet plat issu de la buse d'éjection 118 La paroi 126 b' est sensiblement parallèle, quant à elle, à l'axe du mélange air- particules abrasives issu de l'in- sert 132. La forme de réalisation de la figure 3 présente un double avantage L'arrivée du mélange air-particules abrasives se fait axialement sans perte de charge en profitant de la vitesse initiale du mélange D'autre part, l'angle entre l'axe de la canalisation d'amenée du mélange airparticules abrasives et l'axe du jet d'eau est faible (infé- rieure à 15 ') On élimine ainsi les risques de bou- chage En outre, l'arrivée axiale du mélange air- solides permet d'utiliser une alimentation forcée par air comprimé qui augmente les possiblités de transport des particules abrasives ainsi que la vi- tesse d'éjection du mélange air-eau-particules so- lides final. La figure 4 représente une variante de réalisation de la buse de sablage 102 représentée sur la figure 3 Elle s'en distingue en-ce que deux buses d'éjection symétriques 118 sont disposées de part et d'autre de l'axe du corps 104 En conséquen- ce, la forme de l'organe de sortie repéré 126 ', est différente, pour tenir compte de la présence de deux jets d'eau plats issus des deux buses d'éjection sy- métriques 118 Les deux faces 126 b' sont symétriques et parallèles aux plans des deux jets d'eau plats respectifs. Le corps 104 est composé de trois parties démontables 104 a, 104 b et 104 c, vissées l'une sur l'autre La partie centrale 104 b comporte une gorge annulaire 119 qui permet de répartir l'eau sous hau- te pression entre les deux buses d'éjection 118. Dans une variante de réalisation, on pourrait avoir un seul canal 116 d'arrivée d'eau. Les deux jets d'eau symétriques se fondent en un jet unique à l'intérieur de l'organe de sor- tie 126 '. Cette forme de réalisation permet les mê- mes avantages que la forme de réalisation 102 de la figure 3 En particulier, l'angle formé par la cana- lisation d'amenée du mélange air-particules solides avec l'axe de chacun des jets d'eau est faible On évite ainsi les risques de bouchage D'autre part, cette disposition permet une alimentation forcée par air comprimé en particules solides. Enfin, la présence de deux jets symétri- ques permet d'élargir davantage l'angle de réparti- tion du mélange final air-particules solides-eau et d'augmenter de façon sensible la largeur couverte sur l'objet à sabler. La figure 5 donne le principe d'un troi- sième mode de réalisation d'un dispositif de sablage conforme à l'invention Ce dispositif de sablage comporte quatre buses d'éjection: deux buses déli- vrant deux jets plats 140 et deux buses délivrant des jets cylindriques 142 divergents. L'angle des deux jets 140 est sensiblement parallèle aux faces correspondantes de l'organe d'éjection (ce sont par exemple les faces 26 c de la buse représentée sur la figure 2). Les deux jets d'eau 142 cylindriques font avec l'axe longitudinal du corps du dispositif de sablage (non représenté) un angle tel qu'ils passent avec un faible jeu dans l'ouverture de la buse de sortie Une réalisation pratique de ce dispositif de sablage serait identique, par exemple,à celle de la figure 4, mais elle comporterait quatre canaux d'a- menée 116 au lieu de deux afin d'alimenter les qua- tre buses par la gorge annulaire. Ce dispositif de sablage présente l'avan- tage de protéger les extrémités de la buse de sortie par les deux jets d'eau 142 de section circulaire qui ne contiennent pas d'abrasif On évite ainsi l'emploi de matériaux d'une grande dureté tels que le carbure pour la réalisation de la buse de sortie. les deux jets ronds 142 augmentent par ailleurs la dépression créée dans la buse et donc la capacité d'aspiration de particules solides On peut également utiliser une alimentation forcée par air comprimé qui permet d'augmenter encore la proportion des particules solides abrasives dans le mélange f i- nal. Pour résoudre le même problème de protec- tion des extrémités de la buse de sortie, il serait également possible de rapporter des plaquettes d'u- sure amovibles en carbure de forme simple, juste à l'extrémité. La variante non représentée de la buse de sablage de la figure 1, et les modes de réalisation de l'invention décrits en référence aux figures 3 à 5, ont été conçus de manière à éviter au maximum les risques de bouchage Ceux-ci sont particulièrement importants lorsque l'abrasif solide utilisé est un abrasif soluble tel que le trioxyde de bore B 203, ce qui est particulièrement intéressant en décontami- nation radio-active. En effet, dans le cas des procédés de sa- blage connus, les particules abrasives se mêlent aux particules contaminées provenant de la couche mince qui existe sur la partie contaminée Cela a pour conséquence d'augmenter le coût du conditionnement et du stockage de ces effluents. Quand, selon le procédé de mise en oeuvre d'une buse de sablage de l'invention, on utilise un abrasif soluble dans l'eau, les particules abrasives se présentent sous forme solide pendant l'opération de sablage, ce qui leur permet de remplir leur r 8 le d'abrasif Elles se dissolvent ensuite dans l'eau. Ceci permet de séparer par filtrage d'un c 8 té les particules métalliques provenant de l'enlèvement de la couche contaminée et d'autre part l'eau contenant les particules d'abrasif qui ont été dissoutes Les particules solides, métalliques ou autres, sont traitées puis conditionnées et stockées Les ef- fluents sont traités avant leur rejet par un éven- tuel recyclage. REVENDICATIONS 1 Buse de sablage, notamment pour la dé- contamination de pièces radioactives au moyen d'un jet formé d'un mélange d'eau et de particules abra- sives, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispo- sitif d'entrée ( 18, 118) de type connu, apte à en- gendrer un jet d'eau plat, d'angle d'ouverture a dans le plan du jet, à l'intérieur d'une chambre à dépression ( 6, 8, 9), un organe de sortie ( 26, 126) présentant dans des plans perpendiculaires au jet plat, deux parois latérales divergentes ( 26 b) sensi- blement d'ouverture " et, de part et d'autre du jet plat, deux parois convergentes ( 26 c) formant un angle Y, ledit organe de sortie faisant partie inté- grante de la chambre à dépression, et l'angle O étant déterminé de manière telle qu'il se produise dans la chambre une dépression suffisante pour que le jet plat entraîne les particules abrasives introduites par une canalisation véhiculant un mélange gaz-par- ticules abrasives. 2 Procédé de mise en oeuvre d'une buse de sablage pour la décontamination radio-active au moyen d'un jet formé d'un mélange d'eau et de parti- cules abrasives, caractérisé en ce que lesdites par- ticules abrasives sont solubles dans l'eau. 3 Procédé selon la revendicaiton 2, cara- ctérisé en ce que lesdites parcitules abrasives sont en trioxyde de bore. 4 Buse de sablage selon la revendication 1, apte à la mise en oeuvre du procédé selon l'une au moins des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que ladite canalisation d'entrée est d'axe paral- lèle à l'axe dudit dispositif d'entrée et en ce qu'elle est raccordée à la chambre à dépression du- dit dispositif d'entrée par un coude. Buse de sablage selon la revendica- tion 1, apte à la mise en oeuvre du procédé selon l'une au moins des revendications 2 et 3, caractéri- sée en ce que ladite canalisation d'entrée est d'axe incliné sur le plan du jet d'eau plat engendré par le dispositif d'entrée et en ce que parmi les deux parois convergentes de l'organe de sortie l'une est sensiblement parallèle à l'axe de la canalisation d'entrée et l'autre sensiblement parallèle au jet d'eau plat. 6 Buse de sablage selon la revendica- tion 1, apte & la mise en oeuvre du procédé selon l'une au moins des revendications 2 et 3, caractéri- Bée en ce qu'elle comporte deux dispositifs d'entrée aptes à engendrer deux jets d'eau plats convergents symétriques par rapport à ladite canalisation d'en- trée et en ce que les deux parois convergentes de l'organe de sortie sont parallèles auxdits jets d'eau plats. 7 Buse de sablage selon la revendica- tion 6, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre deux dispositifs connus aptes à engendrer un jet d'eau cylindrique le long des parois latérales di- vergentes.