Brevet FR2513927A1 — publié le 19830408

La présente invention concerne un télé-manipulateur plus parti- culièrement destiné à supporter et à déplacer les outils nécessaires à des interventions à l'intérieur d'une boite à eau d'un générateur de vapeur dans une centrale nucléaire à eau pressurisée. Dans une centrale nucléaire à eau pressurisée, les très nombreux tubes des faisceaux tubulaires des générateurs de vapeur doivent faire l'objet d'opérations périodiques de vérification et de maintenance, comme par exemple des opérations de soudage, de mise en place de bouchons d'obtu- ration pour neutraliser des tubes défectueux, ou d'interventions sur le re- vêtement intérieur des tubes Ces opérations de maintenance doivent se faire à partir de la boite à eau, c'est à dire en domaine fortement radioactif il est donc nécessaire d'utiliser des appareils télécommandés pour limiter les interventions humaines à la simple mise en place du matériel En outre les générateurs de vapeur sont généralement à tubes verticaux, c'est à dire que la plaque tubulaire est alors "au plafond" de la boite à eau. On peut également être amené à devoir intervenir sur les parois internes de la boite à eau, par exemple pour vérifier leur état de surface. On a déjà réalisé des appareils capables d'être déplacés par télécommande sous la plaque tubulaire d'un générateur de vapeur Les bre- vets français publiés sous les numéros 2 309 314 ou 2 457 741 décrivent de tels appareils comportant deux bras perpendiculaires munis chacun, à cha- cune de ses extrémités, d'une pince expansible pouvant s'engager dans les orifices de la plaque tubulaire Par des jeux de chariots et de vérins on peut donner indépendamment à chaque bras des mouvements perpendiculaires à la plaque pour engager les pinces dans les orifices ou les en dégager, et des mouvements pas à pas parallèles à la plaque, permettant ainsi le dépla- cement autonome de l'appareil par "reptation" sous la plaque Pendant les mouvements l'appareil reste toujours suspendu par au moins deux pinces, et par quatre pinces en position de travail. De tels appareils présentent cependant l'inconvénient d'un encom- brement général assez important Mais surtout, lorsqu'un appareil est en position de travail suspendu à ses quatre pinces, il ne permet d'opérer que sur un nombre très limité d'orifices de la plaque Dans la version du bre- vet 2 309 314, prévu simplement pour des guides de sondes de contr 8 le, seuls quatre tubes sont accessibles; dans la version du brevet 2 457 741, qui permet d'utiliser des outils plus complexes comme des tètes de souda- ge par exemple, un seul orifice de la plaque est dans le champ d'action de l'outil qui ne peut se déplacer que dans un dièdre laissé libre par les bras supports Ceci est assez gênant chaque fois qu'il faut effectuer la même opération sur une série d'orifices dans la même zone de la plaque, car pour chaque changement d'orifice il faut alors déplacer le porteoutil, c'est à dire dégager un bras, le déplacer d'un pas, et l'engager à nouveau dans la plaque, et répéter les trois opérations sur l'autre bras, si bien que la durée des temps de déplacement, qui sont des temps morts, vient à dépasser les temps efficaces d'intervention. Par ailleurs chaque mouvement comporte des phases durant lesquelles le porte-outil reste suspendu à seulement deux pinces, ce qui limite beaucoup le poids des outils utilisables. On notera encore que ces appareils ne permettent de travailler que sous la plaque tubulaire elle-même, alors que des interventions peuvent aussi être nécessaires sur les parois intérieures-de la boite à eau. Enfin, bien que par exemple sur l'appareil décrit au brevet 2 457 741 on ait pu prévoir une petite tourelle pour recevoir en attente des outils différents, ceci n'est pratiquement possible que pour de petits outils en raison de la charge limite supportable par deux pinces; en pratique il se révèle fréquemment nécessaire de changer les outils sur le porte-outil, ce qui oblige à multiplier les entrées dans la boite à eau c'est à dire en une zone fortement radio-active. La présente invention permet de disposer d'un appareil télé manipula- teur, à la fois de plus grande capacité et plus performant, tout en rédui- sant les interventions du personnel en milieu radio-actif. L'invention concerne donc un télé-manipulateur d'intervention dans une boite à eau de générateur de vapeur, destiné à venir se fixer sous la pla- que tubulaire du générateur, l'appareil étant du type comportant des pin- ces expansibles pour s'engager et se bloquer à la demande dans des orifices de la plaque tubulaire, montées sur des bras portés par un bloc porteur, avec des moyens pour donner indépendamment à chaque bras, d'une part des mouvements perpendiculaires à la plaque pour engager des pinces dans les orifices ou les en dégager, et d'autre part des mouvements pas à pas paral- lèles à la plaque, permettant ainsi le déplacement autonome de l'appareil sous la plaque tubulaire en y restant toujours suspendu par au moins deux pinces. Selon l'invention le bloc porteur supporte quatre bras indépendants munis chacun de deux pinces expansibles, et à sa partie opposée à la pla- que tubulaire le bloc porteur supporte un bras à plusieurs éléments arti- culés entre eux, l'élément extrême du bras étant muni de moyens de fixation d'outils, et l'ensemble du bras étant lui-même orientable autour de l'axe du bloc perpendiculaire à la plaque tubulaire; l'appareil comporte des moyens télécommandés pour règler et maintenir la position angulaire du bras par rapport au bloc porteur, et la position angulaire relative entre eux de chacun des éléments du bras. Selon une forme particulière de réalisation de l'invention, le bloc por- teur est constitué par un bâti tubulaire avec des barres guides régulière- ment réparties par groupes de 2 autour de son axe, chaque bras étant cons- titué par un chariot engagé sur chaque paire de barres, les pinces étant elles-mêmes portées par un coulisseau déplaçable sur le chariot perpendi- culairement aux barres guides. L'invention sera mieux comprise en se référant à un mode de réalisation particulier donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés. La figure 1 est une vue en perspective de l'ensemble de l'appareil isolé. La figure 2, sur laquelle an n'a représenté qu'un seul bras de fixation, donne le détail du montage de ce bras, mobile sur son chariot de déplace- ment perpendiculairement à la plaque. La figure 3 montre les moyens utilisés pour le déplacement du chariot. La figure 4 montre le champ d'action de l'appareil dans l'ensemble de la boite à eau, à partir d'une position fixe sous la plaque tubulaire. En se référant tout d'abord à la figure 1, on verra que l'appareil com- porte un bloc porteur globalement désigné par 1, et muni de pinces d'accro- chage 10 et de moyens de déplacement de ces pinces pour assurer le dépla- cement de l'appareil sous la plaque tubulaire Le bloc 1 soutient un mani- *ulateur articulé 2 qui constitue le porte-outil proprement dit. Le bloc porteur 1, plus visible sur les figures 2 et 3, est ici consti- tué par un bâti tubulaire 5 portant à ses extrémités deux flasques annu- laires 6 et 7 Les\lasques 6 et 7 sont également reliés par huit barres de guidage 8-9 régulièrement réparties par groupes de deux autour du bâti 5. L'appareil est muni de huit pinces expansibles d'accrochage 10, de type usuel et à sécurité positive, c'est à dire que leur extrémité expansible est normalement en position expansée, donc en position de serrage et d'ac- crochage lorsqu'elle est engagée dans un des orifices de la plaque C'est par l'action commandée du vérin incorporé, pneumatique ou électrique, que la partie expansible peut Are rétractée pour décrocher la pince; en cas de perte d'alimentation pneumatique ou électrique l'appareil restera donc accroché à la plaque Une description plus complète de telles pinces expan- sibles pourra êtretrouvée dans le brevet français déjà cité 2 309 314. Le bloc 1 comporte quatre ensembles, ou bras, identiques tels que représentés aux figures 2 et 3 Chaque bras porte donc deux pinces 10 et est associé à une paire de barres 8-9. Le bras comporte un chariot coulissant 12 qui peut être déplacé le long des barres 8-9, c'est à dire perpendiculairement à la plaque tubulaire lorsque l'appareil est en place Le coulisseau 12 est simplement engagé sur la barre 8 qui n'a qu'un rôle de guidage Par contre la barre 9 constitue la tige de part et d'autre d'un piston fixe 13 qui coulisse en mouvement relatif dans un alésage 14 du coulisseau 12 L'alésage 14 est fermé à cha- que extrémité par un fond 15, traversé par la barre 9, de sorte que l'on a ainsi constitué un vérin à double effe 4 à piston fixe, et dont le corps mobile est le coulisseau 12 lui-même Les raccords 16 permettent l'alimen- tation de l'une ou l'autre chambre du vérin, et par conséquent le déplace- ment parallèle du coulisseau le long des barres 8 et 9. Les deux pinces 10 sont fixées aux extrémités d'une traverse entre- toise 18 qui coulisse dans une glissière 19 formée sur la face avant du coulisseau 12, par l'espace libre entre deux plaques 20-21 solidaires du coulisseau 12 La traverse 18 est maintenue prisonnière dans la glissière 19 par les deux supports 22 fixés sur les plaques 20, 21 et qui enjambent la traverse 18 sans gêner son déplacement transversal. Chaque support 22 forme également un des deux fonds d'un vérin à double effet dont le corps 24 renferme un piston à deux tiges 25, 26 qui traversent les supports 22 La longueur totale de l'ensemble du piston et de ses tiges 25-26 est égale à la distance intérieure entre les supports 27 des pinces 10, de sorte que les extrémités des tiges 25 et 26 sont tou- jours au contact des deux supports 27 Les raccords 29 permettent l'alimen- tation de l'une ou l'autre chambre du vérin 24, ce qui entraine le déplace- ment transversal de l'ensemble de la traverse 18 et des deux pinces 10 qu' elle supporte La course totale du vérin 24 est égale à un pas d'implanta- tion des tubes sur la plaque tubulaire, tandis que bien entendu l'entraxe entre les deux pinces 10 est égal à un multiple entier de ce pas. Le flasque inférieur 7 supporte une couronne rotative 32 sous laquel- le pivote l'ensemble du bras porte outil 2, autour de l'axe du bâti tubu- laire 5 Le bras 2 comporte un premier élement 33 formant une chape dépor- tée par rapport à l'axe de rotation de la couronne 32 Un deuxième élément 2 _ 43 9 2 7 34 est articulé en 35 sur 33 Un troisième élément 36 est de la mëme fa- çon articulé en 37 sur l'autre extrémité de 34 Enfin un coulisseau porte- outil 38 est articulé en 39 à l'autre extrémité de 36 Le coulisseau 38 est équipé de moyens usuels de saisie et de maintien d'outils, moyens qui sont ici (figure 1) simplement symbolisés par une rainure 40. Les axes des articulations 35, 37 et 39 sont parallèles entre eux et perpendiculaires à l'axe du bâti 5 Chaque articulation, aussi bien les ar- ticulations 35, 37 et 39 que celle de la chape 33 sur la couronne 32, est équipée d'un moteur interne de positionnement angulaire permettant, par un système usuel maitre-esclave, à chaque élément du bras 2 de reproduire par télécommande les déplacements des éléments homologues d'un bras manoeuvré sur une réplique par un opérateur extérieur La gaine 42 regroupe tous les circuits de cette télécommande. On voit qu'on a ainsi réalisé un appareil particulièrement compact, grâ- ce en particulier au vérin interne pour le déplacement de chaque coulisseau 12 Malgré la présence de huit pinces d'accrochage, qui permettent de sup- porter une lourde charge d'outils, l'appareil passe quand même sans diffi- culté par le trou d'homme d'accès à l'intérieur de la boite à eau Bien entendu, lors de l'introduction de l'appareil dans la boite à eau le bras articulé est déployé, si bien que l'encombrement maximal transversal de l'ensemble est l'encombrement diamétral sur les pinces 10, encombrement in- férieur au diamètre du trou d'homme. La mise en ilace de l'appareil en suspension sous la plaque tubulaire se fait de la mame façon que pour les appareils antérieurs, avec centrage par les pions 41 du flasque supérieur qui viennent s'engager dans deux orifices de la plaque, puis-engagement de l 4 ensemble des huit pinces dans d'autres orifices pour assurer l'accrochage à la plaque. Lorsque l'appareil est en place sous la plaque tubulaire 43, on-voit sur la figure 4 l'importance de la zone accessible pour le porte outil 38 sans avoir à déplacer l'appareil, et simplement en faisant varier l'orientation relative des éléments 34 et 36 et l'orientation de la chape 33 par rapport à la couronne 32 La zone balayable par le-porte outil 38 représente ici près de la moitié de la surface de la plaque tubulaire Mais en outre le porte outil 38 peut également être amené au voisinage de toute une partie des parois internes de la boite à eau, qu'il s'agisse de la partie sphéri- que ou bien de la surface plane de la cloison de séparation entre la boite à eau chaude et la boite à eau froide Le porte outil 38 peut aussi être amené jusqu'au trou d'homme 44 pour recevoir un nouvel outil. Bien entendu si l'on veut ensuite déplacer l'appareil vers un autre emplacement de la plaque tubulaire on procèdera comme avec les appa- reils antérieurs, en dégageant deux groupes de pinces opposés,: en les dépla- çant d'un pas dans le même sens pour les engager dans quatre orifices dif- férents, puis on déplacera le bâti en mouvement relatif après avoir dégagé les quatre autres pinces qui seront ensuite elles aussi engagées à nouveau dans des orifices différents On pourra noter que dans une telle manoeuvre l'appareil reste toujours suspendu à un minimum de quatre pinces, ce qui double sa capacitéde charge par rapport aux appareils antérieurs. L'appareil se prête particulièrement bien à des opérations répé- titives, comme par exen#e l'obturttion systématique des tubes d'une zone défectueuse On peut alors, au moyen du bras manipulateur 2 venir prendre les bouchons les uns après les autres par le trou 44 après avoir posé le précédent, et sans avoir à déplacer le bloc porteur 1 entre chaque opéra- tion. Bien entendu l'invention n'est pas strictement limitée au mode de réalisation décrit à titre d'exemple, mais elle couvre également les réali- sations qui n'en différeraient que par des détails, par de simples varian- tes d'exécution ou par l'utilisation de moyens équivalents. REVENDICATIONS 1. Télémanipulateur d'intervention dans une boite à eau de générateur de vapeur, et destiné à venir se fixer sous la plaque tubulaire du générateur, du type comportant des pinces expansibles pour s'engager et se bloquer à la demande dans des orifices de la plaque tubulaire, montées sur des bras portés par un bloc porteur, avec des moyens pour donner indépendamwent à chaque bras d'une part des mouvements perpendiculaires à la plaque pour engager les pinces dans les orifices ou les en dégager, et d'autre part des mouvements pas à pas parallèles à la plaque, permettant ainsi le déplacement autonome de l'appareil sous la plaque tubulaire en y restant toujours suspendu par au moins deux pinces, caractérisé par le fait que le bloc porteur supporte quatre bras indépen- dants-munischacun de deux pinces expansibles, et par le fait qu'à sa partie opposée à la plaque tubulaire le bloc porteur supporte un bras à plusieurs éléments articulés entre eux, l'élément extrê- me du bras étan Pu ni de moyens de fixation d'outils, l'ensemble du bras étant lui-même orientable autour de l'axe du bloc perpendiculaire à la pla- que tubulaire, avec des moyens télécommandés pour régler et maintenir la position angulaire du bras par rapport au bloc porteur et la position an- gulaire relative entre eux de chacun des éléments du bras. 2 Télémanipulateur selon revendication 1, caractérisé par le fait que le bloc porteur est constitué par un bâti tu- bulaire avec des barres guides régulièrement réparties par groupes de deux autour de son axe, chaque bras étant constitué par un chariot engagé sur chaque paire de barres, les pinces étant elles-mêmes portées par un coulis- seau déplaçable sur le chariot perpendiculairement aux barres guides. 3. Télémanipulateur selon revendication 2, caractérisé ?ar le fait que, pour chaque chariot, l'une des deux barres guides constitue la tige fixe du piston d'un vérin à double effet dont le corps est constitué par le chariot lui-même, le vérin ainsi constitué étant utilisé pour le déplacement de chaque bras perpendiculairement à la plaque tubulaire.