Brevet FR2593421A1 — publié le 19870731

OUTIL DE COUPE LONGITUDINALE DE TUBES DE FAIBLE DIAMETRE, PAR L'INTERIEUR L'invention concerne une méthode et un dispositif de coupage de tubes par l'intérieur, permettant de réaliser des saignées longitudinales, utilisant la technique de l'arc-scie électrique. Il s'agit en particulier d'appliquer ce procédé à la dépose d'extrémités de tubes de générateurs de vapeur (GV). Cette dépose est nécessaire lorsque l'on veut extraire une extrémité de tube en vue d'examen ou encore lorsqu'il faut remplacer une extrémité fissurée par un tronçon sain qui sera rabouté sur le tube. En comparaison d'autres techniques, il est connu que le coupage par arc-scie a l'avantage de réaliser rapidement une coupe franche sans déformation, sans efforts mécaniques, et sans copeaux. Le métal est désintégré sous forme d'une poudre fine. Ce procédé arc-scie est, entre autres publications, décrit dans U.S.Patent 4,399,344. L'opération de coupage a l'arc-scie fait intervenir une électrode en forme de disque, en rotation rapide autour de son axe, qui est utilisée comme une scie circulaire en ce sens que le disque "avance" en sectionnant la pièce a tronçonner. La turbulence créée par la rotation rapide du disque-électrode chasse le bain de métal fondu créé par l'arc électrique, en fines particules. L'arc est établi quasiment au contact du disque et de la pièce. L'électrode ne chauffe pas a cause de la grande vitesse relative entre le plasma de l'arc et son impact sur l'électrode et parce qu'on travaille sous aspersion d'eau voire en immersion. Dans les générateurs de vapeur, les tubes d'échange sont dudgeonnés en haut et en bas de la plaque tubulaire, sinon dudgeonnés sur toute l'épaisseur de la plaque tubulaire. En outre ils sont soudés en leur extrémité sur le revètement de la face inférieure de la plaque tubulaire. Pour déposer une extrémité de tube, il convient d'effectuer une série d'opérations: couper l'extrémité du tube au dessus de la plaque tubulaire, usiner la soudure sur la face inférieure de la plaque tubulaire, réaliser une opération destinée a désolidariser cette extrémité de la plaque tubulaire, agripper l'extrémité, l'extraire sous un effort de plusieurs tonnes en la tronçonnant éventuellement en plusiers morceaux au cours de l'extraction. Le procédé généralement utilisé pour désolidariser le tronçon de tube de la plaque tubulaire consiste a procéder à des "chaudes de retrait" (heat shrinkages) c.a.d. à chauffer rapidement la surface intérieure du tube a une aussi haute température que possible, et ceci sans endommager la plaque tubulaire. Comme le tube est plaqué contre l'alésage, ltéchauffement provoque une mise en compression de sa surface interne et sa déformation plastique; au refroidissement l'effet inverse entraîne un retrait élastique du tube. Toutefois, pour des diamètres inférieurs a 20mm, ce retrait reste de l'ordre de 0,05mu ce qui est bien insuffisant pour extraire sans coincement des tronçons dudgeonnés sur des longueurs dépassant 500mm. Une autre méthode classique pour des tubes de plus large diamètre, consiste à réaliser des saignées longitudinales dans le tronçon à extraire. Dès lors, les contraintes du tube sont complètement relachées, et il n'y a pas besoin d'efforts notables pour retirer le tronçon de l'alésage. Mais pour les faibles diamètres cette méthode devient impraticable tant pour la coupe mécanique que pour l'extraction des copeaux. De plus elle réclame un recul important en dessous de la plaque, et elle est génératrice de copeaux. L'invention a pour objet de permettre la dépose d'extrémités de tubes de faible diamètre, rapidement, sans exercer des efforts sensibles, sans risquer d'endommager les alésages de la plaque tubulaire, sans formation de copeaux, par un outil compatible avec le peu de recul disponible sous la plaque tubulaire du fait de la forme sphérique des bols des générateurs de vapeur. La méthode est caractérisée par les points suivants: 1) la saignée est effectuée a une profondeur constante préréglée, dans l'épaisseur du tube: il est mécaniquement impossible de venir endommager l'alésage de la plaque tubulaire, 2) la saignée s'effectue progressivement à partir de la face inférieure de la plaque tubulaire, L'outil est caractérisé par l'agencement des éléments suivants: a) une tête rigide rectiligne contenant l'électrode rotative sur un collecteur tournant électrique, une transmission, des presseurs et une butée mécaniques pour contrôler la profondeur de coupe, et un suivi de saignée pour s'assurer d'une coupe rectiligne; b) un ombilic flexible relié a cette tête rigide, comprenant une transmission mécanique flexible et une alimentation de courant, et véhiculant l'eau de refroidissement du disque; c) un porte-outil pourvu d'une chambre plaquée de façon étanche contre la plaque tubulaire, couvrant l'orifice du tube traité; d) des moyens extérieurs pour la rotation de l'électrode, pour son avance dans le tube, pour l'arrosage, la collecte et la filtration des eaux usées. Dans ce qui suit, l'invention est exposée plus en détail a l'aide de dessins représentant seulement un mode d'exécution. La figure 1 montre les boîtes a eau de générateurs de vapeur (GV) classiques. Ce sont deux chambres 901 séparées, délimitées dans une demi sphère par une plaque de partition verticale 904, surplombées par la plaque tubulaire (PT) 902 d'où partent et aboutissent les tubes échangeurs 903 montés en épingle. Chaque chambre est accesible par un trou d'homme 905. La figure 2 décrit la tête de coupe montée en bout de l'ombilic flexible. La tête proprement dite, interchangeable, comprend les éléments suivants: a) le disque électrode avec son axe de rotation, b) le train de pignon entraînant le disque en rotation, c) un corps métallique cylindrique se prolongeant par un plat usiné, servant de semelle de fixation aux axes de pignons et à l'axe du disque, d) une bague de fixation métallique soudée sur ce bloc, d'interface avec l'ombilic, e) un couvercle ou capot en matériau isolant, amovible pour le montage des pignons et du disque, f) une pièce de tête ou nez, également en matériau isolant. Le disque électrode de coupe 910 est solidaire de son axe 911 dont une des extrémités plonge dans une chambre à mercure 912. Cette chambre est ménagée dans un cône 913 soudé sur le plat (ou semelle) 914 en saillie du corps métallique 915. L'axe tournant 911 y est monté sur paliers statiques en nylon, un joint 916 assurant l'étanchéité au mercure. Un plat usiné sur 11 axe 911 permet de solidariser au montage le pignon 917 d'entraînement du disque (ou de l'axe), et l'ensemble est maintenu en place par la fixation du capot 918 sur le corps 915 et le nez 919. Ce meme capot permet le montage de la transmission constituée d'un pignon relais 920 entraîné par un pignon 921 taillé sur la même pièce que le pignon conique 922. Le tout est commandé par un pignon cônique 923 dont l'axe 924, axial à l'outil, est monté dans le corps cylindrique 915 sur deux roulements à billes 925. Cet axe se termine par un carré femelle d'entraînement 926. L'ensemble du train de pignons, y compris celui du disque électrode, est en matériau isolant. Le corps 915 porte des cannelures 927 pour le passage de l'eau de refroidissement, et est soudé en place dans l'enveloppe métallique 928 qui vient se visser en bout de l'ombilic d'alimentation. L'ombilic est constitué d'une gaine flexible isolante 930 renfermant un arbre flexible 931 dans sa gaine métallique souple 932. Son extrémité est terminée par un montage identique à celui de la tête de coupe, à savoir un corps métallique cylindrique 933 usiné de cannelures 934 pour le passage de l'eau et soudé en place dans une enveloppe métallique 935 filetée en extrémité. iLIarbrwy de transmisslon flexible 931 est soudé sur un palier 936 prolongé d'un carré d'entraînement mâle 937, qui tourne axialement dans le corps 933. La gaine 932, fixe, est soudée sur le corps métallique 933, alors que la gaine isolante 930 est montée solidaire de l'enveloppe 935. L'alimentation électrique du disque électrode est assurée par la gaine métallique 932 de l'arbre flexible. Cette gaine étant soudée sur le corps 933, lui même soudé dans l'enveloppe 935, le courant passe par le filetage d'interface pour aboutir à la chambre à mercure 912 au travers de ltenveloppe 928 et du corps 915 de la tête de coupe. Les parties métalliques de l'ombilic et de la tête sont recouvertes d'une gaine, ainsi que le nez 919 d'introduction; pour pallier tout risque de contact de la semelle métallique 914 sur le tube GV. Positionnement de l'outil dans le tube GV (profondeur et suivi de saignée): Deux ressorts presseurs 940 sont montés en amont et en aval du disque électrode 910, dans un même plan vertical. L'un est porté par le capot 918, l'autre par le nez d'introduction 919. Ils maintiennent plaquée une butée mécanique 941 réglable par vis située dans le nez 919. On règle ainsi très précisément la profondeur de pénétration du disque dans le tube GV, sans risque d'endommager la plaque tubulaire. Pour obtenir un tracé rectiligne vertical, le capot 918 comprend également en aval du disque une pièce 942 en matériau isolant, taillée pour s'engager et suivre la saignée pratiquée par le disque électrode 910. Récupération des eaux usées: Au cours de la coupe du tube, le disque électrode est constament arrosé pour son refroidissement et l'évacuation des poussières dues à la saignée. Cette eau chargée est évacuée directement dans le fourreau-guide de l'outil pour être récupérée et traitée hors de la boite à eau du GV. La figure 3 représente une autre variante de la tête de coupe, caractérisée en ce que le disque électrode 910 n'est plus entraîné mécaniquement mais directement par l'eau de coupe arrivant sous pression sur une turbine montée sur l'axe du disque. L'eau est véhiculée dans la gaine métallique 932 d'alimentation électrique, et canalisée dans le corps 915 pour déboucher sur une turbine 917 venant en remplacement du pignon sur l'axe 911 du disque électrode 910. La figure 4 décrit dans son ensemble la configuration du dispositif dans et à proximité d'une boite à eau de GV: - Le porte outil est installé manuellement sur un manipulateur 950. Il est plaqué de façon étanche sur la plaque tubulaire, autour du tube à traiter, pour récupérer les eaux usées chargées de particules de coupe. Il comporte une platine interface 951 pour la saisie du fourreau-guide 952 de l'outil, et une platine supérieure munie d'une bonnette d'étanchéité 953. Un tube guide de l'outil relie ces deux extrémités, étanché par une membrane souple 954. L'ensemble est monté sur glissière verticale commandée par le motoréducteur 955. - Le fourreau-guide 952 est équipé en tête d'une pince de préhension 956 de la tête de coupe, servant également de plaque d'interconnection avec la platine 951. Il est relié à un chassis pousseur 957 installé à proximité de la boite à eau. - Les alimentations ainsi que les mouvements sont transmis depuis le chassis pousseur 957. Dans le cas de la tête de coupe à transmission mécanique, l'ombilic de l'outil est connecté à un bloc d'alimentation motorisé 958, monté sur glissières. La gaine souple de l'ombilic est raccordée à une première chambre d'alimentation en eau, la gaine de la transmission flexible à une deuxième chambre pour son alimentation en courant de coupe, et la transmission flexible directement fixée sur l'arbre d'un motoréducteur 959. Pour la tête de coupe à commande hydraulique, la gaine métallique de l'ombilic assure les deux alimentations en eau et électrique et le motoréducteur 959 est supprimé. L'avance de l'outil est commandée par un deuxième motoréducteur 960, qui translate le bloc d'alimentation 958 sur ses glissières pour une course correspondant à l'épaisseur de la plaque tubulaire. Le fourreau-guide 952 est connecté au chassis pousseur sur une pièce 961 destinée à recueuillir les eaux usées. REVENDICATIONS Revendication 1: Méthode de coupe longitudinale de tubes de générateurs de vapeur, à partir de la plaque tubulaire, à l'arc-scie en immersion caractérisée en ce que la coupe s'effectue à profondeur constante, par avance progressive de l'outil à l'intérieur du tube, avec guidage de l'outil dans le trait (ou saignée) de coupe usiné au fur et à mesure de la progression de l'outil. Revendication 2: Outil de coupage de mise en oeuvre de la méthode selon la revendication 1, caractérisé en ce que ce qu'il possède: a) une tête rigide, interchangeable, comprenant un disque électrode 910 entrainé en rotation, une transmission par un train de pignons, un collecteur tournant 912 monté sur le disque électrode, des ressorts de pressage 940 appliquant la tête contre la génératrice à usiner, une béquille de guidage 942 placée derrière le disque électrode et suivant la saignée; b) un ombilic composé d'une gaine isolante 930, à l'intérieur de laquelle se trouvent la transmission mécanique flexible 931, l'amenée de courant 932, et où est établie une circulation d'eau vers la tête de l'outil. Revendication 3: Tête de coupage de l'outil selon la revendication 2, caractérisée en ce que ] 'électrode de forme tronconique 910 comprend une bordure plane en couronne, qu'elle est solidaire de son axe 911, et que son pignon d'entrainement 917 est assemblé sur cet axe. Revendication 4: Dispositif de déplacement de l'outil selon 2, comprenant un affût-pousseur 957 et un fourreau-guide 952, caractérisé en ce que le retour d'eau s'effectue à l'extérieur de l'ombilic dans le fourreau-guide. Revendication 5: Tête de coupage selon les revendications 2 et 3, caractérisée en ce que le disque électrode 910 est entraîné en rotation par une turbine 917 par le jet de l'eau de refroidissement.