Brevet FR2518001A1 — publié le 19830617

L'invention concerne un dispositif de support et de déplacement d'outils pour la fixation d'un faisceau de tubes sur la plaque tubulaire d'un générateur de vapeur d'un réacteur à eau sous pression. Les générateurs de vapeur des réacteurs nucléaires à eau sous pression sont constitués par une enveloppe de grande hauteur, de l'ordre de 20 mètrés dont la partie inférieure renferme un faisceau de tubes fixés sur une plaque tubulaire à l'intérieur duquel l'eau sous pression venant de la cuve du réacteur circule de bas en haut puis de haut en bas, les tubes étant coudés, avant d'être renvoyée à la cuve du réacteur nucléaire. L'eau alimentaire destinée à produire la vapeur est introduite dans l'en- veloppe du générateur de vapeur et vient en contact avec la surface exté rieure des tubes du faisceau o elle se vaporise sous l'effet de la cha- leur de l'eau sous pression circulant à l'intérieur des tubes du faisceau. La partie supérieure du générateur de vapeur contient les sépa- rateurs eau-vapeur et communique avec le circuit de traitement et d'utili- sation de la vapeur produite. Les faisceaux tubulaires de ces générateurs de apeur comportent un très grand nombre de tubes, par exemple de lordre de 3000 dans le cas des générateurs de vapeur des réacteurs nucléaires de 900 MW construits actuellement Ces tubes sont fixés, par soudage puis dudgeonnés, à chacune de leurs extrémités sur une plaque tubulaire de grande épaisseur dont une des faces est en contact avec l'eau primaire dont la distribution dans les tubes est effectuée dans un compartiment d'une chambre en deux parties constituant l'extrémité inférieure du générateur de vapeur. Lors de la fabrication du générateur de vapeur, la préparation des trous de la plaque tubulaire, avant la mise en place du faisceau ainsi que le dudgeonnage et le dégraissage de ces tubes, sont des opérations extrêmement longues et qui requièrent un très grand soin. Ces opérations sont réalisées en atelier, sur le générateur de vapeur en cours de montage, maintenu en position horizontale sur des rou- leaux permettant de le faire tourner autour de son axe longitudinal dis- posé horizontalement. Le nettoyage de chacun des trous de la plaque tubulaire, avant la mise en place du faisceau, doit être réalisé manuellement, le travail des opérateurs chargés de ce nettoyage est extrêmement fastidieux. De la même façon, le dudgeonnage des tubes à l'intérieur de la plaque tubulaire doit être réalisé par des opérateurs, avec des outils à mains qu'il faut déplacer d'un tube à l'autre sur toute la plaque tubulaire. Le dudgeonnage doit être suivi d'une opération de relaxation des con- traintes du tube dudgeonné au niveau de la zone de transition entre la par- tie dudgeonnée et la partie non dudgeonnée du tube. Enfin, il faut dégraisser chacun des tubes après dudgeonnage et déten- sionnement. On connatt des outils ou dispositifs permettant de réaliser les dif- férentes opérations de préparation de la plaque et de fixation du faisceau de façon relativement rapide et automatique, cependant le déplacement de ces outils d'un trou à un autre de la plaque tubulaire ou d'un tube à un autre du faisceau nécessite l'intervention d'un opérateur, si bien que l'en- semble des opérations relatives à un générateur de vapeur restent extreme- ment longues et que la fabrication des générateurs de vapeur reste une des opérations ralentissant considérablement la fabrication d'un réacteur nu- cléaire. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de support et de déplacement d'outils pour la fixation d'un faisceau de tubes sur la plaque tubulaire d'un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, le générateur de vapeur en cours de montage en ateliers étant disposé avec son axe horizontal et sa plaque tubulaire verticale, ce dispo- sitif devant permettre d'automatiser les opérations de préparation de la plaque tubulaire et de fixation du faisceau, de raccourcir considérablement le temps nécessaire pour la fabrication du générateur de vapeur et de sup- primer les taches fastidieuses à réaliser manuellement sur la plaque tubu- laire ou les tubes du faisceau. Dans ce but, le dispositif comporte une première voie de circulation horizontale posée sur le sol de l'atelier au voisinage du poste de montage du générateur, et parallèle à l'axe de ce générateur, un chariot mobile sur cette voie de circulation entre une position éloi- gnée de la plaque tubulaire et une position voisine de celle-ci. un support reposant sur le chariot par l'intermédiaire de moyens de régla- ge d'horizontalité, -une seconde voie de circulation portée par le support, perpendiculaire à la voie de circulation du chariot, au moins une structure de support constituée par une embase mobile sur la seconde voie de circulation portant une colonne verticale, au moins un porte-outils monté mobile verticalement sur la colonne ver- ticale pour la présentation d'un outil au niveau de chacun des trous de la plaque tubulaire successivement, grâce à des moyens de guidage et de dé- placement portés par la colonne verticale et à des moyens de commande de déplacement, et des moyens de déplacement du chariot et de la structure de support sur leurs voies de circulation. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire, à ti- tre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe, deux dispositifs suivant l'invention permettant de réaliser les différentes opérations de fixation du faisceau On décrira également une opération de fixation du faisceau tubulaire sur la plaque d'un générateur de vapeur. La figure 1 représente dans une vue en coupe par un plan verti- cal la partie inférieure d'un générateur de vapeur sur laquelle on effec- tue le nettoyage des trous de la plaque tubulaire. La figure 2 représente de façon schématique l'appareillage ser- vant au nettoyage automatique des trous du générateur de vapeur. La figure 3 représente dans une vue en coupe par un plan verti- cal la partie inférieure du générateur de vapeur pendant l'opération de dudgeonnage et de détensionnement des tubes du faisceau. La figure 4 représente, dans une vue en coupe à grande échelle, l'extrémité d'un tube engagé dans la plaque tubulaire avant et après l'opé- ration de dudgeonnage. La figure 5 représente dans une vue identique à celle de la fi- gure 5 l'extrémité d'un tube engagé dans la plaque tubulaire avant et après l'opération de détensionnement. La figure 6 représente, dans une vue en perspective, un disposi- tif de support et de déplacement d'un outil permettant de réaliser le net- toyage des trous de la plaque tubulaire et le dégraissage des tubes. La figure 7 représente une vue en élévation du dispositif et de la plaque tubulaire suivant A de la figure 6. La figure 8 représente une fvue en élévation suivant B de la fi- gure 6. La figure 9 représente une vue en perspective d'un dispositif de support et de déplacement de l'outil permettant de réaliser le dudgeonnage et le détensionnement des tubes du faisceau d'un générateur de vapeur. Sur la figure 1, on voit la partie inférieure de l'enveloppe externe 25180 O Â 1 d'un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. Cette enveloppe externe est constituée par un ensemble de viroles cylindriques soudées entre elles et une virole conique destinée au raccor- dement de la partie inférieure à faible diamètre du générateur de vapeur avec la partie supérieure à plus grand diamètre. A son extrémité inférieure l'enveloppe est reliée à la plaque tubu- laire de grande épaisseur 2 destinée à venir en contact par sa face 3 avec l'eau primaire remplissant une chambre limitée par un fond hémisphérique constituant l'extrémité inférieure du générateur de vapeur. Io La plaque tubulaire 2 estpercée d'un très grand nombre de trous 4 sur toute son épaisseur, c'est-à-dire sur une longueur supérieure à 50 cm. Après perçage, ces trous doivent Atre nettoyés soigneusement avant l'introduction des tubes du faisceau. Pour cela, la partie inférieure du générateur de vapeur est-disposée à un poste de nettoyage sur des rouleaux 5 eux-m 9 mes portés par des supports 7 reposant sur le sol 8 de l'atelier. Les rouleaux 6 permettent de faire-tourner le générateur de vapeur autour de son axe horizontal 10 placé horizontalement. En se référant aux figures 6, 7 et 8, on décrira un dipositif de sup- port et de déplacement suivant l'invention permettant la présentation d'un outil de nettoyage des trous au niveau de chacun-des trous de la plaque tu- bulaire. Cet outillage de nettoyage automatique des trous est représenté de fa- çon schématique à la figure 2 en position de nettoyage sur la pique tubulaire 2 du générateur de vapeur en position horizontale à son poste de nettoyage. Cet outillage comporte une tete de grenaillage 12 alimentée grâtce à une canalisation souple Il en air comprimé contenant en suspension de la gre- naille constituée par des micro billes de verre d'un diamètre de 150 à 250 microns. Une enceinte 13 de récupération de grenaille est maintenue de façon étanche à l'intérieur de l'enveloppe 1 du générateur de vapeur grâce à des joints gonflables 14 Cette enceinte 13 est reliée à une canalisation souple pour la récupération des grenailles Des pieds s pports 16 permettent de maintenir en place l'enceinte de récupération 13. La tête de grenaillage 12 permet le nettoyage d'un ensemble de trous et le dispositif de support et de déplacement sur lequel est fixé la tète 12 qui sera décrit en se référant aux figures 6 à 8 permet le déplacement de la tête 12 d'une position à une autre sur la-plaque tubulaire 2 jusqu'au moment o chacun des trous de la plaque a subi le nettoyage par grenaillage. 1800 1 Après le grenaillage, les trous sont balayés par un courant d'air sous pression permettant l'élimination éventuelle de particules ou poussiè- res pouvant subsister dans ces trous. Sur la figure 3, on voit la partie inférieure du générateur dans la- quelle a été introduit le faisceau 18, l'enveloppe interne 19 du faisceau et les plaques entretoises de maintien 20. Les tubes sont simplement engagés dans la plaque tubulaire sur toute la longueur des trous 4 et préalablement soudés à leur extrémité. Sur la figure 3, la partie inférieure du générateur de vapeur conte- nant le faisceau a été représentée dans sa position au stand de dudgeonnage et de détensionnement o ce générateur repose sur des rouleaux 21 placés sur des supports 22. Sur la figure 4 on voit un tube 5 placé à l'intérieur d'un trou 4 de la plaque tubulaire 2 et soudé sur la face 3 de laplaque tubulaire 2 après mise en place du faisceau. La demi-vue supérieure montre le tube 5 en position dans le trou 4 avant l'opération de dudgeonnage et la partie inférieure de la figure 4 mon- tre le tube après l'opération de dudgeonnage, c'est-à-dire après sertissage et laminage du tube contre la paroi du trou 4. Pour réaliser cette opération de dudgeonnage, on introduit dans les tubes en place dans les trous de la plaque tubulaire, un outillage comportant à son extrémité un dudgeon dont les galets tournants réalisent le sertissage et le laminage du tube 5 contre la surface interne du trou 4. Sur la figure 5, on voit dans la partie supérieure de la figure le tu- be après opération de dudgeonnage tel que représenté sur la partie inférieure de la figure 4 et sur la partie inférieure de la figure 5, le tube 5 après l'opération de détensionnement de la zone de transition 23 de ce tube située entre la partie dudgeonnée et la partie non dudgeonnée du tube au voisinage de la face de la plaque tubulaire 2 située du coté secondaire du générateur. Cette opération de détensionnement dont l'outillage a été décrit dans le brevet français n O 2 416 066, de la Société FRAMATOME, permet, par élimi- nation des contraintes dans la zone de transition, de diminuer la suscepti- bilité à la corrosion sous tension de la zone des tubes située au voisinage de la face de la plaque tubulaire du c 8 te secondaire du générateur. L'opération de détensionnement est réalisée par un outillage tel que décrit dans le brevet français 2 416 066. Ces opérations de dudgeonnage et de détensionnement sont effectuées par un ensemble d'outillages portés par un dispositif de support et de déplace- ment tel que celui qui sera décrit en se référant à la figure 9. Cet ensemble d'outillages portés par le dispositif représenté à la figure 9 permet de réaliser simultanément des opérations dudgeonnage et de détensionnement sur des trous voisins et de déplacer automatiquement les outillages d'un ensemble de trous à un autre de la plaque tubulaire De cet- te façon, le dudgeonnage et le détensionnement du faisceau tubulaire peuvent 9 tre réalisés beaucoup plus rapidement que dans le cas d'utilisation d'ou- tillages mis en oeuvre manuellement par des opérateurs. Pour effectuer le dudgeonnage et le détensionnement des tubes, on in- troduit dans ceux-ci une petite quantité de graisse destinée à servir de lubrifiant au contact entre le dudgeon et le tube. Après les opérations de dudgeonnage et de détensionnement il est néces- saire d'effectuer le dégraissage des tubes et pour celà on utilise le dispo- sitif de support et de déplacement d'outillages tel que représenté aux fi- gures 6 à 8 pour le déplacement d'une lance d'injection d'eau chaude de façon à réaliser le dégraissage par injection d'eau chaude de chacun des tubes suc- cessivementi Après injection d'eau chaude, on utilise le dispositif de support et de déplacement d'outils pour amener en face de chacun des tubes du faisceau un appareil d'injection de bourres pour le séchage et le nettoyage final du tu- be dégraissé. Ces opérations peuvent 9 tre réalisées rapidement grace au dispositif de déplacement et de mise en place des outillages en face de chacune des ex- trémités des tubes à dégraisser. Le cycle d'opérations peut 9 tre réalisé automatiquement, ce qui accrott la cadence de réalisation des diverses opérations et allège le travail de l'opérateur. Sur les figures 6, 7 et 8, on voit le dispositif de support et de dépla- cement des outils de nettoyage par micro billage et insufflation d'air sous pression et de dégraissage et nettoyage final des tubes. Le dispositif comporte une voie de circulation constituée par deux rails fixés sur le sol del'atelier, au voisinage du poste de nettoyage de la plaque tubulaire 2 et dirigée suivant la direction de l'axe 10 du corps du générateur de vapeur. Un chariot 26 se déplace sur les rails 25 grâce à des roues escamota- bles 27 lorsque ces roues sont mises en position basse grâce à des vérions 28 agissant sur des leviers 29 en prise avec l'axe 30 de la roue. Le chariot mobile sur les rails 25 peut tre déplacé par l'opérateur gritce à un dispositif de commande d'avance 31 représenté sur la figure 8. Ce dispositif de commande d'avance est constitué par une vis d'entrai- nement 32 engagée dans une pièce de liaison 33 solidaire du chariot et dé- plaqable en translation par l'opérateur grace à une manivelle 34, une chai- ne d'entraiînement 35 et un écrou 36 solidaires du bâti du dispositif de commande 31. Lorsque le générateur de xapeur est en place sur les supports à rou- leaux 6, 7 comie représenté su Jr la figure 1, la plaque tubulaire 2 est dis- posée verticalement devant la voie da circulation 25 du chariot 26 commne représenté à la figure 6. L'opérateur peut alors amener man elleuet le chariot en position de travail devant la plaque tnbu& aire Les roues du chiariot 26 sont alors es- camotées grâce aux vérins 28 et aux le i Lrs 29 et le chariot repose sur les patins de support 37 On fixe la position du chlariot grace ô des machoires de blocage 38. Sur le chariot 26 repose un support 39, par l'internédiaire de supports à rotule 40 réglables en hauteur. Les supports réglables 40 permettent de régler parfaitement l'horizon- talité du support 39 et la verticalité d'une structure de support 42 portée par le support 39. Sur le support 39 est fixée une voie de circulation constituée par un rail et une glissière dont la directionr est perpendiculaire à la direction des rails 25 portés par le sol de l'atelier. Sur ce rail 43 et la glissi-re repose l'embase:5 de la structure 42 réalisée sous forme d'un trièdre. L'embase est constituée par deux éléments à 90 fixes l'un et l'autre à une colonne verticale 46, l'ensemble étant rigidifié par des entretoises 47. L'embase 45 porte des roues 48 se déplaçant sur le rail 43 et des pa- tins à billes Un moteur 50 entrain 9 e une vis 51 en rotation qui permet l'an= trainement en translation de la struacture 42 dont l'embase porte un écrou en prise avec la vis 51. La colonne verticale 46 porte une vis de direction verticale 53 et une tige verticale de guidage d'un porte-outils 54 ainsi qu'un m Soteur 55 d'entrainement en rotation de la vis 53 La-vis 53 est en prise avec un e= crou solidaire du porte-outils 54 si bien que la mise en rotation de la vis 53 par le moteur 55 permet le déplacement du porte-outil 54 dans le direc- tion verticale. Le déplacement de la structure 42 sur les rails 43 lorsque le chariot 26 et le support 39 sont en place devant la plaque tubulaire du générateur de vapeur permet de disposer le porte-outils en face d'une rangée de trous de la plaque tubulaire, ces trous étant disposés suivant un réseau à mailles carrées. Le porte-outils 54 supporte le dispositif de micro-billage et de souf- flage d'air sous pression représenté à la figure 2 pendant l'opération de nettoyage des trous de la plaque tubulaire. Ce porte-outils 54 porte la lance d'injection d'eau chaude et le dis- positif d'injection de bourres pour le nettoyage final des tubes, lors des opérations de dégraissage après dudgeonnage et détensionnement. Les déplacements de la structure 42 et du porte-outils 54 sont prévus pour qu'on puisse réaliser le balayage d'un quart de la plaque tubulaire par ces déplacements. Ces opérations peuvent être effectruées successivement sur les quatre quarts de la plaque tubulaire, par rotation du générateur de vapeur autour de son axe 10 grâce aux rouleaux supports de ce générateur de vapeur. Sur la figure 9, on voit un dispositif deisupport et de déplacement d'outillages pour réaliser les opérations de dudgeonnage et de détensionne- ment des tubes. Ce dispositif a une structure générale identique à la structure du dispositif de support et de déplacement qui vient d'être décrit et qui est représenté aux figures 6 à 8, à part le fait qu'il comporte deux structures de support analogues supportant elles-mlmes deux porte-outils et que la cour- se des porte-outils est telle qutelle ne nécessite pas larotation du généra- teur de vapeur pendant les opéra-tlops de dudgeonnage et de détensionnement. Ce dispositif comporte des rails de circulation 60 fixés sur le sol de l'atelier au niveau du poste de dudgeonnage et de détensionnement des tubes du générateur de vapeur, parallèles à l'axe 10 de ce générateur de vapeur. Sur ces rails 60 un chariot 61 peut circuler grâce à des roues esca- motables 62 et à un dispositif de déplacement manuel analogue au dispositif 31 représenté sur les figures 6 et 8 Le chariot 61 supporte par l'intermé- diaire de butées à rotule réglables 63 un support 64 dont on peut régler l'horizontabilité grâce aux butées réglables 63. Suri:l support 64 est fixée une voie de circulation 65 sur laquelle peuvent se déplacer deux structures de support 66 et 67 pratiquement iden- tiques à la structure 62 Des moteurs 68 a et 68 b et des vis 69 a et 69 b en prise avec un écrou porté par les structures de support 66 et 67 respecti- vement permettent le déplacement de cesstructures sur la voie de circulation 65. Chacune des structures de support 66 et 67 porte sur sa colonne ver- ticale un ensemble de deux vis et de deux tiges de guidage vertical permet- 18001 tant le déplacement de deux porte-outils 70 a et 70 b et 71 a et 71 b, respec- tivement, dans la direction verticale. Lorsque le dispositif de support et de déplacement est en place au poste de dudgeonnage et de détensionnement du générateur de vapeur, on rè- gle, grâce aux butées supports 63, la verticalité des colonnes verticales des structures 66 et 67 pour réaliser un parallàlisme parfait entre ces co- lonnes et la face verticale de la plaque tubulaire. Chacun des porte-outils 70 et 71 porte un outil de dudgeonnage et un outil de détensionnement dont l'espacement correspond au pas ou à un mul- tiple du pas des trous de la plaque tubulaire. De cette façon, on peut réaliser le dudgeonnage des trous de la plaque et simultanément le détensionnement d'un trou voisin sur lequel le dudgeon- nage a déjà été réalisé. Le dispositif représenté à la figure 9 permet donc de réaliser simul- tanément le dudgeonnage et le détensionnement sur quatretubes du faisceau. Le déplacement vertical des porte-outils permet de réaliser cette opé- * ration depuis l'extérieur vers l'intérieur du faisceau, lelong d'une rangée verticale de trous de la plaque tubulaire. Les deux structures de support 66 et 67 sont alors déplacées grâce aux moteurs 68 a et 68 b de façon à faire coincider le parcours des porteoutils avec une nouvelle rangée de trous de la plaque tubulaire. L'ensemble des déplacements et des opérations de dudgeonnage et de dé- tensionnement est commandé depuis urecabine o sont rassemblés des moyens de commande des moteurs de déplacement et des outillages fixés sur les porte- outils. Cette structure plus complexe permettant l'utilisation simultanée d'un grand nombre d'outils a été choisie pour les-opérations de dudgeonnage et de détensionnement afin de réaliser ces opérations en un temps suffisam- ment court pour ne pas ralentir l'ensemble de la fabrication du générateur de vapeur. Les exemples de réalisation qui ont été décrits ne sont pas limitatifs et l'on peut imaginer d'autres modes de réalisation du dispositif de support et de déplacement d'outils suivant l'invention. La structure de ces dispositifs peut être différente et les moyens pour réaliser le déplacement des chariots ou supports peuvent également etre réalisés différemment par des dispositifs mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques. On peut associer un nombre quelconque de porte-outils à chacune des structures de support et de même associer un nombre quelconque de structures 18001 de support pour constituer un dispositif plus complexe permettant de réa- liser un plus grand nombre d'opérations simultanément. Enfin, l'invention s'applique dans tous les cas o l'on désire effec- tuer la fixation -lu faisceau tubulaire sut une plaque de grande dimension comportant un très grand nombre de tubes sur des appareils d'échange thermi- que tels des générateurs de vapeur des-centrales nucléaires, de façon rapide et automatique. REVENDICATIONS 1. Dispositif de support et de déplacement d'outils pour la fixation d'un faisceau de tubessur la plaque tubulaire ( 2) d'un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, le générateur ( 1) en cours de montage en atelier, étant disposé avec son axe horizontal et sa plaque tu- bulaire verticale, caractérisé par le fait qu'il comporte: une première voie de circulation horizontale ( 25) posée sur le sol de l'au telier au voisinage du poste de montage du générateur de vapeur ( 1) et paral- lèle à l'axe ( 10), de ce générateur, un chariot ( 26) mobile sur cette voie de circulation entre une position éloignée de la plaque tubulaire ( 2) et une position voisine de celle-ci, un support ( 39) reposant sur le chariot ( 26) par l'internmédiaire de moyens de réglage d'horizontalité ( 40), une seconde voie de circulation ( 43) portée par le support ( 39), perpendi- culaire à la voie de circulation ( 25) du chariot ( 26), au moins une structure de support ( 42), constituée par une embase ( 45) mo- bile sur la seconde voie de circulation ( 43) portant une colonne verticale ( 46), au moins un porte-outils ( 54), monté mobile verticalement sur la colonne verticale ( 46) pour la présentation d'un outil au niveau de chacun des trous de la plaque tubulaire ( 2) successivement grace à des moyens de guidage et de déplacement ( 53-55) portés par la colonne verticale ( 46) et à des moyens ( 31 et 50,51) de déplacement du char Dt ( 26) et de la structure de support ( 42) sur leurs voies de circulation ( 25 et 43) respectives. 2. Dispositif de support et de déplacement suivant la revendication 1, caractérisé par le fait quil comporte deux structures de support mobiles ( 66 et 67) sur la seconde voie de circulation ( 65) et deux porte-outils ( 717 Ib et 71 a-71 b) montés mobiles sur chacune des colonnes verticales des deux structures de support ( 66 et 67). 3. Dispositif de support et de déplacement suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que:lampliîude du déplacement de la structure de sup- port ( 42) et l'amplitude de déplacement du chariot porte-outils ( 54) permet- tent un balayage d'un quart de la plaque tubulaire ( 2) du générateur de van peur, la rotation de ce générateur de vapeur ( 1) autour de son axe ( 10), par quart de tour, à son poste de montage permettant le balayage de toute la pian- que tubulaire ( 2). 4. Dispositif de support et de déplacement suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que l'amplitude de déplacement des structures de sup- port ( 66 et 67) et des porte-outils ( 70 a,70 b,71 a,71 b) montés sur ces structu- res de support ( 66 et 67) permettent le balayage par chacun des porte- outils d'un quart de la plaque tubulaire ( 2), l'ensemble des opérations sur la plaque tubulaire pouvant être effectué sans rotation du généra- teur de vapeur.