Brevet FR2577548A1 — publié le 19860822

Procédé et installation de fabrication de blocs de propergol par la méthode de moulage La prévente invention concerne un procédé et une installation de fabrication, par la méthode de moulage, de blocs de propergol. Elle se rapporte plus particulièrement à un procédé et une instal- lation pour réaliser l'étape de la coulée du solvant de moulage dans la méthode de moulage de blocs de propergol. On appelle méthode de moulage, en anglais "in-situ casting process" le procédé qui consiste à remplir le moule avec une poudre à mouler à base de nitrocellulose, et à couler sous pression ou sous pression réduite un solvant de moulage constitué par une huile nitrée telle que la nitroglycérine, par exemple. La poudre à mouler en absorbant le solvant de moulage gonfle et se gélatinise pour former une masse compacte, qui sera ensuite cuite pour obtenir le bloc final. Il existe une autre méthode de fabrication appelée méthode globale, en anglais "slurry casting process" qui consiste à mélanger l'en- semble des composants du propergol, puis à couler ce mélange dans un moule et à cuire l'ensemble pour le faire prendre en masse. Une description de ces deux procédés est donnée dans le brevet américain n0 4 080 411. Le choix entre ces procédés est déterminé par les propriétés désirées pour le propergol final. La méthode de moulage comprend trois étapes successives - Une première étape consistant à remplir le moule avec une poudre a mouler, pour obtenir une hauteur de poudre déterminée avec un taux de remplissage (masse de poudre par volume) également déter- miné. Ces deux caractéristiques déterminant d'une part la dimension du bloc et d'autre part ses caractéristiques mécaniques et de combus- tion. - Une deuxième étape consistant A couler dans le moule un solvant de moulage pour imprégner totalement la poudre à mouler. Cette coulée est effectuée dans un moule soit sous pression réduite, soit sous pression atmosphérique, et de telle façon que le solvant de moulage chasse les gaz enfermés dans la poudre lors de sa progression dans le moule. Le solvant de moulage est absorbé par la poudre A mouler ce qui provoque le gonflement et la gélatinisation de celle- ci. La coulée du solvant de moulage est arrêtée quand la poudre à mouler est totalement noyée dans celui-ci, c'est-à-dire quand le niveau du solvant de moulage dans le moule est situé au-dessus du niveau de la poudre à mouler. - La troisième étape consiste A effectuer le mûrissement et la cuisson des blocs moulés ainsi obtenus. Le procédé de fabrication de l'invention concerne exclusivement un procédé pour réaliser la deuxième étape de la méthode de moulage, les premières et troisièmes étapes pouvant être effectuées selon des procédés connus de l'homme de métier. Il existe plusieurs procédés pour réaliser la coulée du solvant de moulage dans un ou plusieurs moules. Dans ces procédés, la coulée du solvant de moulage s'effectue sous pression, la fin de la coulée étant déterminée par observation visuelle du niveau du solvant dans le moule. Donc, ces procédés requièrent la présence continuelle de personnels dans l'atelier de coulée, ce qui présente un important inconvénient vis-à-vis de la sécurité. En outre, dans le cas d'une coulée simultanée dans plusieurs moules, les opérateurs doivent surveiller le niveau du solvant de moulage dans chaque moule et arrêter la coulée du solvant moule par moule, ce qui multiplie les manipulations sur un produit dangereux et peut même demander la présence de plusieurs opérateurs selon le nombre de moules remplis simultanément. Il a été également proposé des dispositifs pour permettre de détecter automatiquement le niveau de solvant de moulage dans le moule, comme, par exemple, des cellules photoélectriques. Toutefois, ces dispositifs ne suppriment pas l'obligation pour l'opérateur d'arrêter la coulée du solvant moule par moule. De plus, dans ces différents procédés, il existe avant le début de la coulée du solvant de moulage, une grande différence de pression entre le réservoir de stockage de ce solvant et le moule. De ce fait, le solvant arrive en contact avec la poudre à mouler sous une vitesse d'écoulement relativement élevée, ce qui peut provoquer des chocs et des frottements et induire un détonnement de l'huile nitrée. La présente invention a notamment pour but de remédier à ces incon- vénients en proposant un procédé de fabrication par la méthode de moulage de blocs de propergol, permettant de contrSler à distance le début et la fin de la coulée du solvant de moulage dans le propergol, ainsi que le débit de la coulée, pour améliorer de manière importante la sécurité. De plus, le procédé permet le remplissage simultané de plusieurs moules avec arrêt automatique de la coulée du solvant dans chaque moule et de manière indépendante par rapport aux autres moules. A cet effet, l'invention propose un procédé de fabrication par la méthode de moulage d'un ou plusieurs blocs de propergol solide consistant à alimenter dans un ou plusieurs moules, une quantité déterminée de poudre à mouler, à couler dans le ou lesdits moules mis sous pression réduite, un solvant de moulage, puis à cuire le ou les blocs ainsi obtenus pour gélatiniser la poudre à mouler, caractérisé en ce qu'on effectue la coulée du solvant de moulage dans le ou lesdits moules à partir d'au moins un réservoir de stockage de solvant de moulage, et on contrôle le début, le débit et la fin de la coulée de solvant de moulage par le contr6le et la commande de la différence de pression existant entre la pression régnant dans le ou les réservoirs de solvant de moulage, et celle régnant dans chaque moule. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque moule et chaque réservoir sont reliés à une source de vide et une source d'alimentation en gaz comprimé. De préférence, le solvant de moulage est contenu dans un seul réser- voir de stockage relié à tous les.moules. Selon une autre caractéristique de l'invention, la fin de la coulée du solvant de moulage est commandée automatiquement et indépendamment pour chaque moule par l'élévation du niveau du solvant de moulage dans le moule, provoquant l'interruption de la communication entre la source de vide et le moule correspondant, celui-ci étant toujours en communication avec la source d'alimentation en gaz comprimé. Ainsi, le moule est mis sous une pression sensiblement égale à celle régnant dans le réservoir de stockage, ce qui provoque l'arrêt de la coulée du solvant de moulage. Par ailleurs, le début de la coulée est réalisé, selon le procédé de l'invention, en équilibrant les pressions régnant dans le réservoir de stockage et chaque moule pour provoquer l'écoulement par gravité du solvant de moulage. Ainsi, la vitesse d'écoulement du solvant de moulage arrivant en contact avec la poudre à mouler est très faible, ce qui diminue les frottements et chocs et donc les risques d'explo- sion de l'huile nitrée. Un autre objet de l'invention est une installation pour La mise en oeuvre du procédé de fabrication par la méthode de moulage de blocs de propergol, et qui comprend essentiellement un ou plusieurs moules, reliés & un réservoir de solvant de moulage, une alimentation de gaz comprimé et une source de vide, caractérisé en ce que le réservoir de solvant de moulage et les moules sont reliés d'une part à la source de vide, et d'autre part A l'alimentation en gaz compri- mé. De plus, chaque moule est relié a la source de vide par l'inter- médiaire d'une vanne A flotteur située dans la partie sup6rieure dudit moule. Avantageusement, cette vanne à flotteur comprend un flotteur mobile disposé dans une cage fix6e A l'extrémité d'un conduit, l'autre extrémité de ce conduit étant reliée A la source de vide. Selon une autre caractéristique de l'invention et pour mieux contrS- ler la fin de la coulée du solvant de moulage, les moules sont reliés à la source d'alimentation en gaz comprim6 par l'intermédiaire d'un orifice calibré. D'autres caractéristiques, avantages et détails de l'invention appa- rattront plus clairement au vu de la description détaillée faite ci- dessous en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'illustration et dans lesquels, la figure 1 est un schéma synoptique de l'installation pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale de la vanne A flot- teur montée sur chaque moule, et - la figure 3 est une vue schématique en perspective, avec arra- chement, d'un moule. Une installation, conforme à l'invention, permettant de réaliser la coulée d'un solvant de moulage S dans des moules 2 déjà remplis avec une poudre a mouler P sera décrite en référence A la figure 1, la description sommaire d'un type de moule étant effectuée ci-dessous, en référence à la figure 3. L'installation comprend des moules 2 disposés sur une palette 1, et un réservoir 3 contenant le solvant de moulage S. 2577548- Le nombre de moules 2 sur la palette 1 peut être quelconque, et par exemple peut être égal à un. La poudre à mouler P est constituée essentiellement par des granulés de nitrocellulose qui sont généralement stabilisés et contiennent éventuellement des plastifiants et additifs balistiques. Le solvant de moulage S est une huile nitrée flegmatisée, telle que, par exemple, de la nitroglycérine. Le procédé de l'invention permet de fabriquer des blocs de propergol obtenu à partir de poudre à mouler et de solvant de moulage de compositions variables. Les propergols obtenus sont des propergols homogènes et généralement des propergols double base. La palette 1 comprend, avantageusement un distributeur 12 de solvant de moulage constitué par une arrivée de solvant et un certain nombre de conduits 121,122 de distribution équipés de clapets anti-retour 13, et à chacun desquels est connecté un moule 2. Le réservoir de stockage 3 de solvant de moulage S est relié au distributeur de la palette 1 par une conduite 4 d'alimentation et des vannes 41,42. Un débitmàtre 5 est avantageusement monté sur cette conduite 4. En outre, cette conduite 4 comprend un système de purge 6 constitué par un piquage équipé d'une vanne, et est reliée à un réservoir 7 contenant un liquide de rinçage R par la conduite 8 et la vanne 9. Conformément à l'invention, l'installation comprend une source de vide 14 reliée par les conduits 15,16, et les vannes 151,161, res- pectivement à un distributeur 10 de la palette 1 et au réservoir de stockage 3. De préférence, la conduite 4 est reliée également à la source de vide 14 par la conduite 11 et la vanne 111. Selon une caractéristique importante de l'invention/ les conduits de distribution 101,102 du distributeur 10 de la palette 1 sont reliés à la partie supérieure des moules 2, par l'intermédiaire d'une vanne à flotteur 17 fixée sur le couvercle du moule 2, dont un mode de réa- lisation est illustré à la figure 2. Cette vanne à flotteur comprend un tube 171 monté hermétiquement sur le couvercle du moule 2, par exemple par un montage avec des joints d'étanchéité 172 comme illustré à la figure 2. Toutefois, cette vanne peut être également soudée sur le couvercle du moule 2, ou fixée par tout autre moyen. Le tube 171 est connecté par son extrémité débou- chante à l'extérieur du moule, à un des conduits du distributeur de vide 10 et comporte à son autre extrémité des pattes 174 définissant une cage dans laquelle peut se déplacer axialement un flotteur 173. Pour maintenir le flotteur 173 dans la cage, les pattes 174 compor- tent à leur extrémité une nervure 175. De plus, l'extremité du tube 171 a avantageusement une forme fonction de celle du flotteur 173, de manière à former un siège pour ledit flotteur afin d'assurer une obturation étanche du tube 171 quand le flotteur 173 est en position haute. Le flotteur 173 a une densité inférieure à celle du solvant de moulage, et est par exemple une bille de téflon. La forme du flotteur n'est pas critique, et est adaptée pour obtenir une obturation la plus étanche possible du tube 171. Il est préférable, de prévoir un piège 157, sur la canalisation 15, pour éviter toute aspiration de solvant de moulage dans la source de vide 14. La source de vide 14 permet d'obtenir une dépression dans les moules 2 et le réservoir 3, de l'ordre de 50 mbar. Selon l'invention, l'installation comprend une source d'alimentation 18 en gaz comprimé, par exemple de l'air comprimé. Cette source est reliée d'une part au réservoir de stockage 3 par la conduite 19 et aux moules 2 par la conduite 21, le distributeur 20 et les conduits de distribution 201,202. Comme la communication entre l'alimentation 18 en gaz comprimé et les moules 2 est maintenue ouverte pendant toute la phase de coulée du solvant de moulage, pour obtenir une dépression' dans les moules 2 la conduite 21 d'alimentation comprend un orifice calibré 210. Les conduites 19 d'alimentation en gaz comprimé et 16 de source de vide reliées au réservoir de stockage comprennent respectivement des vannes 191,161 permettant de faire varier la pression régnant dans le réservoir 3. Avantageusement ces vannes 191,161 peuvent être com- mandées par asservissement à la mesure du débitmètre 5, au moyen d'un transmetteur 22 et un régulateur 23, par exemple. Ainsi, il est possible, par affichage du débit désiré, de programmer l'instal- lation. Les liaisons électriques de commande sont représentées en traits pointillés mixtes. La pression de gaz comprimé alimenté est voisine de 1,5 bar environ. Toutefois, cette valeur n'est donnée qu'à titre indicatif et peut varier en fonction du débit souhaité de coulée de solvant de moulage, et de la nature du remplissage des moules. En se référant à la figure 3, on décrira sommairement un moule 2 utilisé dans le procédé de l'invention. Toutefois, cette description n'est donnée qu'à titre d'exemple, et tous les types de moule connus peuvent être utilisés, après avoir adapté sur ceux-ci une prise de vide munie de la vanne à flotteur 17, et une prise d'arrivée de gaz comprimé. Le moule 2 comprend une embase 251, un couvercle ou chapeau 252 et un tube 253. Le tube comprend à sa partie inférieure un disque perforé 254 formant un filtre sur lequel est disposée une toile métallique 255. Cet ensemble disque-grille forme la plaque de support de la poudre à mouler P alimentée dans le moule. De manière analogue, on dispose sur la poudre A mouler une toile métallique 257 et un disque perforé 258 formant le filtre supérieur. Pour maintenir la poudre A mouler dans le moule, on interpose entre le couvercle 252 et le filtre supérieur une entretoise 259, le couvercle étant fixé sur le tube 253 par boulonnage ou bridage, par exemple. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 3, un noyau central 260 en forme d'étoile est disposé entre les deux filtres, pour ainsi réaliser un bloc de propergol à combustion radial. Une butée 256 est prévue sur la partie supérieure de ce noyau central. L'alimentation du solvant de moulage est effectuée par un alésage radial 261 de l'embase 251. Le couvercle comprend un piquage 262 pour l'arrivée du gaz comprimé et est équipé avec la vanne A flotteur 17 illustrée A la figure 2. Avantageusement le couvercle 252 peut comprendre un troisième piquage 263, fermé par un bouchon pendant la coulée du solvant de moulage, pour permettre l'aspiration de l'excès de solvant de moulage surnageant au-dessus du filtre supérieur. Comme exemple d'autres types de moules qui peuvent être utilisés dans l'installation de l'invention, on peut citer ceux décrits dans les brevets français n 1 179 415, 2 042 850, 1 530 751. On décrira maintenant le fonctionnement de l'installation en se référant à la figure 1. Les moules 2 remplis de poudre à mouler P sont disposés sur la palette i et reliés A la conduite d'alimentation 4 du solvant de moulage, ainsi qu'à la source 18 de gaz comprimé et la source de vide 14, par l'intermédiaire des distributeurs 12,20,10. De même, le réservoir 3 de solvant de moulage est relié A la con- duite 4 et aux sources 14,18 de vide et de gaz comprimé. A cet instant, on met sous pression réduite le moule 2, le réser- voir 3 de solvant de moulage, et la conduite 4 d'alimentation. Puis on ouvre les vannes 41,42 pour permettre l'écoulement par gravité du solvant de moulage dans la conduite 4, jusqu'aux moules 2. Ainsi, le contact entre le solvant de moulage et la poudre à mouler s'effectue sans choc, et l'écoulement du solvant peut être détecté par le débit- mètre. Quand le solvant de moulage est en contact avec la poudre à mouler, on ferme la communication entre le réservoir 3 de stockage et la source de vide 14 et on ouvre la communication entre la source 18 de gaz comprimé et le réservoir 3 de stockage ainsi que les moules 2. La pression régnant dans le réservoir de stockage augmente, tandis que les moules sont maintenus en dépression par l'aspiration de la source 14 de vide, et grâce à l'orifice calibré 210 prévu sur la conduite 21 d'alimentation en gaz comprimé. Le débit d'alimentation du solvant de moulage augmente, et peut être contr8lé par lecture du débitmàtre et réglage de la pression dans le réservoir 3 de stockage. Quand le niveau du solvant de moulage dans un moule 2 arrive au- dessus du filtre supérieur du moule, il provoque la montée du flot- teur 173 de la vanne 17 dans sa cage. Sous l'effet de l'aspiration dans le tube 171, le flotteur 173 vient s'appliquer sur le siège de la vanne provoquant ainsi la coupure de la communication avec la source de vide 14. Comme du gaz comprimé est alimenté en permanence dans le moule, la pression régnant dans celui-ci augmente, et s'équi- libre avec celle régnant dans le réservoir 3, provoquant l'arrêt automatique de la coulée du solvant de moulage dans le moule. Pour éviter tout retour de solvant de moulage dans un autre moule, ou dans la conduite 4 d'alimentation de solvant, un clapet anti-retour 13 est prévu dans chaque conduit 121,122 du distributeur 12. S Le procédé d'arrêt de la coulée du solvant de moulage se répète dans chaque moule 2, sans influence sur la coulée du solvant dans les autres moules 2 disposés sur la palette 1. Quand tous les moules sont remplis, la vanne 41 est fermée, et on vidange la conduite 4 par ouverture de la purge 6. La conduite 4 est ensuite rinçée par ouverture de la vanne 9. Toutes les opérations d'ouverture et de fermeture des vannes décrites cidessus sont commandées à distance, permettant ainsi aux personnels de ne pas 9tre présents dans l'atelier pendant toute l'opération de coulée du solvant de moulage. Ainsi, dans le procédé de l'invention, le personnel n'est présent dans l'atelier que pour effectuer le branchement et le débranchement des distributeurs de solvant de moulage, de vide et de gaz comprimé de la palette 1. De plus, lors du débranchement des moules, les conduits, notamment la conduite 4 ne contiennent plus de solvant de moulage, ce qui améliore encore la sécurité. Les blocs ainsi moulés subissent ensuite un traitement thermique pour compléter la gélatinisation de la poudre à mouler. Ce traitement thermique, connu de l'homme de métier, peut être réalisé après démoulage, ou avant démoulage. De préférence, on effectue un prému- rissement avant démoulage, mais après avoir soutiré l'excès de sol- vant de moulage, par aspiration à travers le piquage 263 (figure 2). Puis après démoulage, les blocs sont soumis à un traitement thermique de cuisson. Le procédé de l'invention permet donc de contrôler à distance la coulée du solvant de moulage dans les moules, et cela quelque soit le nombre de moules remplis simultanément, et la quantité de solvant nécessaire pour les remplir. Ainsi, il est possible de réaliser simultanément la coulée de solvant de moulage dans deux moules de tailles différentes, la coulée de solvant dans le plus petit moule s'arrêtant automatiquement sans influencer la coulée du solvant dans l'autre moule. Il en est de même, si la vitesse d'alimentation du solvant de moulage dans les moules est différente. Par ailleurs, comme la manipulation des vannes s'effectue a distance, l'ensemble du procédé de coulée du solvant de moulage peut être automatisé. Revendications 1- Procédé de fabrication par la méthode de moulage d'un ou plusieurs blocs de propergol consistant à remplir les moules avec une quantité déterminée de poudre à mouler, à couler dans lesdits moules mis sous pression réduite, un solvant de moulage, puis à cuire les blocs ainsi moulés pour gélatiniser la poudre à mouler, caractérisé en ce qu'on effectue la coulée du solvant de moulage (S) dans le ou lesdits moules (2) à partir d'au moins un réservoir 3 de stockage de solvant de moulage, et on contr8le le début et la fin de la coulée du solvant de moulage ainsi que son débit par contrôle de la différence de pression existant entre la pression régnant dans ledit réservoir de stockage (3) et celle régnant dans chaque moule (2). 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on relie chaque moule (2) précité et le réservoir (3) de stockage précité à une source (14) de vide et une source (18) de gaz comprimé. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on effectue la coulée du solvant de moulage (S) à partir d'un réservoir de stockage (3) unique. 4- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on effectue le début de la coulée du solvant de moulage (S) par gravité en mettant sous pression réduite les moules (2) précités et le réservoir (3) de stockage, et en équilibrant ces pressions. - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, après le début de la coulée du solvant de moulage, le réser- voir (3) de stockage et les moules (2) sont mis en communication avec la source (18) précitée de gaz comprimé, ledit réservoir-de stockage étant isolé de la source de vide (14). 6- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fin de la coulée du solvant de moulage dans chaque moule (2) précité est commandée automatiquement et indépendemment pour chaque moule, par l'élévation du niveau du solvant de moulage (S) dans ledit moule provoquant l'isolation du moule par rapport à la source de vide (14). 7- Installation pour la mise en oeuvre du procédé de fabrication par la méthode de moulage selon l'une des revendications précédentes, comprenant un ou plusieurs moules, au moins un réservoir de stockage du solvant de moulage relié aux moules (2), une source de gaz compri- mé et une source de vide, caractérisée en ce que le réservoir (3) de stockage de solvant de moulage et les moules (2) sont reliés à la source de vide (14) et A l'alimentation en gaz comprimé, et en ce que chaque moule (2) est relié à ladite source de vide (14) par une vanne (17) à flotteur située dans la partie supérieure du moule (2). 8- Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que les moules (2) précités sont reliés A la source (18) de gaz comprimé à travers un orifice calibré (210). 9- Installation selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que la vanne (17) précitée A flotteur comprend un flotteur (173) obtu- rateur disposé mobile dans une cage fixée à l'extr8mité d'un con- duit (171), l'autre extremité dudit conduit étant relié à la source de vide (14). - Installation selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que dans chaque conduit (121,122) d'alimentation de solvant de moulage dans les moules (2) précités est prévu un clapet anti-retour (13).