Brevet FR2638671A1 — publié le 19900511

DISPOSITIF ET PROCEDE DE DECOUPE DE PIECES IRRADIEES PAR JET D'EAU SOUS PRESSION DESCRIPTION La présente invention se rapporte à un dispositif de découpe de pièces irradiées en utilisant un jet de liquide sous pression, généralement de l'eau, véhiculant et projetant un abrasif, et au procede correspondant. De nombreux procédés de découpe existent, mais on peut en géneral leur reprocher soit d'etre coûteux, soit de produire des copeaux ou de ta limaille non oxydés provenant de la découpe et qui, projetes dans l'air, polluent l'environnement, ce qui est evidemment à éviter dans le cas de pièces irradiées. Avec des pièces en alliage de zirconium, les poudres ainsi produites sont pyrophoriques, c'est-à-dire qu'et les s'enflamment spontanément à l'air et ne peuvent pas être conditionnées comme déchets nucléaires. Enfin, les découpes conduisent frequemment à des échauffements importants de la pièce qui modifient sa constitution métallurgique, la rendant alors inutilisable pour des analyses. La présente invention a donc pour objet un dispositif de découpe des pièces irradiées qui soit facile à mettre en oeuvre, biologiquement sûr et qui permette de récupérer les copeaux de découpe produits. On utilise pour cela la technique du jet de liquide sous pression. IL est déjà connu qu'un tel jet permet de découper des pièces de faibLe épaisseur et que si on Lui ajoute des particules abrasives, on peut découper des pièces métalliques épaisses. Cette technique connue présente toutefois un intéret particulier pour la découpe de pièces irradiées et présente des avantages importants qu'on ne pouvait déduire de manière évidente au départ. L'invention a donc généralement trait à un dispositif de découpe de pièces irradiées caraé- risé en ce qu'il comprend une cuve remplie de liquide dans lequel la pièce est plongée au moins partie lement, une tête de découpe plongee dans le liquide et projetant un liquide sous pression qui véhicule un abrasif en particules, un système de maintien de la pièce, un système de déplacement relatif de la tête et de la pièce et un dispositif d'aspiration débouchant au fond de la cuve et qui récupère l'abrasif et les particules arrachées aux pieces pendant La découpe vers un récipient et des filtres permettant de rejeter l'eau. Le système de maintien de la pièce est avantageusement composé de butées à rouleaux en appui sur la pièce. On peut prévoir, pour une filtration plus fine avant rejet de l'eau, des filtres conditionnés dans un fût de béton. Le liquide utilisé est normalement de l'eau déminéralisée et les pièces peuvent être en alliage de zirconium. Le procédé est caractérisé en ce qu'il consiste à plonger la pièce dans un liquide, à projeter un jet de liquide abrasif sur la pièce, à déplacer la pièce par rapport au jet et à aspirer des particules arrachées de la pièce. On va maintenant décrire l'invention plus en détail à l'aide des figures énumérées ci-après qui en illustrent une réalisation donnée à titre non limitatif - Les figures 1A et 15 sont deux vues d'ensemble, de face et de dessus, de l'invention ; - La figure 2 est une vue partielle représentant le dispositif de déplacement de la piece par rapport à la tête ; - La figure 3 est une vue partielle représentant la tête et une partie du système de maintien de la pièce ; et - La figure 4 est une vue du dispositif d'aspiration. Les decoupes se passent (figures 1A et 16) dans un canal 1 qui relie diverses installations et est destiné au stockage et au transit des pièces irra diées sans rupture de la protection biologique. Le canal 1 est constitué de tronçons séparés par des batardeaux et il est délimité par des parois verticales 2 et par un fond 3. Le canal 1 est rempli d'eau jusqu'à un niveau variable qui arrive, au niveau référencé 4, vers les deux tiers de sa hauteur pendant le processus de découpe. Un platelage 5 est établi au quart de la hauteur du canal 1 environ. Il porte une cuve 6 proche d'une paroi latérale 2, qui émerge un peu au-dessus du niveau 4 et qui est également remplie d'eau sensiblement jusqu'au niveau 4 quoiqu'elle délimite un volume étanche. La cuve 6 est ouverte à son sommet. Un portique 7 repose sur le sol à proximité du canal 1. Il est muni d'une flèche 8 à l'extrémité de laqueLle pend un câble 9 terminé par un crochet 10 libre en rotation au-dessus de La cuve 6. Le crochet 10 porte la pièce à découper, dans le cas présent une cheminée 11 en Zircaloy en forme d'enveloppe cylindrique verticale dont la partie basse 12 a été irradiée et dont le sommet est constitué d'un support 13. Le support 13 porte des anneaux supe- rieurs 14 dans Lesquels on enfile les extrémités d'un câble 15 passant par son milieu par le crochet 10. L'invention peut bien entendu s'appliquer à des pièces irradiées de formes différentes ; il est facile de prévoir un support approprié pour chaque pièce. L'introduction de la cheminée 11 dans la cuve 6 se fait en remplissant entièrement le canal 1 d'eau. La cheminée Il est amenée juste au-dessus de la cuve 6, seule sa partie haute non irradiée se trouvant au-dessus du canal 1. La cheminee 11 est plongée progressivement dans la cuve 6 pendant qu'on fait de nouveau baisser le niveau du canal 1. Le canal 1 est finalement partiellement asséché, jusqu'au niveau 4, de façon à séparer Les milieux liquides dans La cuve 6 et dans le reste du canal 1, et la découpe peut commencer. La cuve 6 comprend un système de mors supérieurs 16 pour maintenir la cheminée Il et la faire pivoter autour de son axe ; elle contient une tête de découpe 17 alimentée en eau et en abrasif par deux tuyaux parallèles 18 et 19 débouchant à l'extérieur du canal 1 près du portique 7 ou se trouvent les installations de commande, des moyens de positionnement de la tête 17 et une contre-butée 20 opposée à la tête de découpe 17. Le fond 21 de la cuve 6 est incliné et un tuyau inférieur 22 aboutit à son point le plus bas 23. Une grille 24 est enfin établie un peu au-dessus du fond 21. Comme on le voit sur La figure 2, les mors 16 sont au nombre de trois et à des intervalles angulaires égaux. ILs dépendent d'un mandrin 31 muni d'un bout d'arbre 32 qui déploie ou rétracte simultanément les mors 16 à l'aide de transmissions classiques. Le mandrin 31 est placé sur deux glissiéres 33 et 34 horizontales, parallèles et en appui sur la cuve 6, dont la seconde est filetée et mise en rotation à partir de l'une de ses extrémités par une roue dentee 36 qui engrène avec un arbre à pignon 35. L'alésage du mandrin 31 dans lequel pénètre la glissière filetée 34 est taraudé, si bien que la rotation manuelle de l'arbre à pignon 35 déplace latéralement le mandrin 31. Les mors 16 sont plus précisément fixés sur une couronne 37 établie sur le mandrin 31. La couronne 37 possède une partie dentée 38 qui engrenage avec un bout d'arbre à pignon 39 par l'intermédiaire d'un engrenage réducteur 40. La rotation du bout d'arbre 39 par un moteur met en rotation les mors 16 et fait donc pivoter la cheminée 11 autour de son axe vertical grâce à la rotation du crochet 10. On trouve, entre les glissières 33 et 34 et fixées à des parois opposées de la cuve 6, deux consoles 41 et 42 porteuses d'équipements permettant de commander la position de la tête de découpe 17 et de la contre-butée 20 respectivement. La cuve 6 est en effet, comme le représente également la figure 3, pourvue de glissières verticales 43, 44 et 45 aboutissant pour la première à la première console 41, et pour les deux autres à la seconde 42. La tête de découpe 17 se compose de deux flasques parallèles 46 unis par une entretoise 47 qui coulisse sur la première glissière verticale (double) 43. Les fLasques 46 encadrent un ajutage 48 dans lequel se fait le mélange de l'eau sous haute pression et de L'abrasif. L'ajutage 48 est terminé par un bec 49 cyLindrique qui régularise L'écoulement et qui est maintenu à distance constante de la cheminée 11 par un rouleau de butée 50 daxe soit vertical soit (comme ici) horizontal porté par les deux flasques 46 et en butée sur la cheminée 11. Le déplacement vertical de la tête 17 est assuré par une chaine en boucle 51 tendue entre une poulie supérieure 52 assujettie à la premiére console 41 et une poulie inférieure 53 sous la grille 24. Deux points 54 de la channe en boucle 51 sont raccordés à un des flasques 46. Comme la poulie supérieure 52 est reliée à un bout d'arbre 80 par une transmission à engrenage, la rotation motorisée de ce bout d'arbre 80 permet de déplacer la chaîne 51 et la tête 17. Un système analogue est utilisé pour dépLacer verticalement la contre-butée 20. Une channe 56 est tendue entre une poulie supérieure 55 assujettie à la seconde console supérieure 42 et une poulie inférieure 57 en bas de la troisième glissière verticale 45. Un bout d'arbre 58 est relié à la poulie supérieure 55 par l'intermédiaire d'une transmission à engrenage. Un support 60 coulisse sur La troisième glissière verticale 45 et Les deux extrémités de la chaine 56 en boucle lui sont attachées. La rotation manuelle du bout d'arbre 58 déplace donc la chaîne 56 et fait coulisser le support 60. Le support 60 porte les extrémités articulées de deux paires de bielles 61 et 62 alors que deux autres paires de bielles 63 et 64 portent à une extrémité un bras 65 muni de deux rouleaux 66 de contre-butée renflés en leur centre et d'axe vertical qui viennent s'appuyer sur la cheminée Il et La serrent en liaison avec le rouLeau 50 de butée qui appuie contre une surface opposée de la cheminée 11. Les autres extrémités des quatre paires de bielles 61 à 64 sont articulées sur deux bagues 67 et 68 selon une disposition en losange. Les bagues 67 et- 68 portent des filetages de sens opposés et sont engagées sur une extrémité à double fiLetage 69 de la deuxième glissière verticaLe 44. La rotation manuelle d'une poigne 70 à l'extrémité supérieure de la deuxième glissière 44 déplace les bagues 67 et 68 dans des sens opposés pour déformer le losange des paires de bielles 61 à 64 et rapprocher les rouleaux 66 de la cheminée 11 ou les en éloigner. On peut ainsi adapter l'appareil à des pièces de dimensions différentes. En fonctionnement, on alimente la tête 17 en eau et en produit abrasif. L'eau est projetée à quelques centaines de kilogrammes par centimètre carré et à plusieurs dizaines de litres par minute. L'abrasif utilisé est du sable et la consommation en est de 1,5 kg/min. Le jet a un diamètre de 3 mm environ et peut permettre de découper des pièces qui ont jus qu'a 100 mm d'épaisseur. La vitesse d'avance est de 200 à 300 mm par minute. On découpe ainsi la pièce en morceaux : dans le cas de la cheminée 11, on effectue six coupes verticales espacées angulairement de 600 en déplaçant la tête 17 verticalement de 500 mm. Ensuite, on effectue une rotation de 3600 en tournant la couronne dentée 38. L'opération est ensuite recommencée pour d'autres tronçons. Les morceaux tombent sur la grille 24 d'oû ils sont ensuite retirés par des pinces, mis dans des paniers et transférés Le long du canal 1 jusqu'à une ceLLuLe blindée. La partie non irradiée de la cheminée 11 peut ensuite être retirée de l'installation. D'autres mouvements relatifs de La tete 17 et de La pièce à découper, de même que d'autres constitutions de La contre-butée 20 et de la butée liée à la tête 17 -ici le rouleau 50- peuvent bien entendu être conçus pour des pièces de formes différentes sans sortir du cadre de l'invention. La découpe trouble l'eau en y introduisant du sable et en arrachant par abrasion des particules irradiées en limai île ou en poudre, donc très fines et qui ne pourraient être récupérées facilement par des techniques de découpe ordinaires, car elles seraient dispersées dans un volume important. Une découpe en milieu aqueux offre non seulement une protection biologique mais permet encore de rassembler les particules actives dans la partie la plus basse 23 du fond 21 et de pouvoir les en retirer facilement. Le risque d'embrasement de poudres pyrophoriques d'alliages de zirconium est par ailleurs éliminé. On a meme constaté que, comme elles sont arrachées à une haute température, elles s'oxydent immédiatement au contact de l'eau et ne redeviennent pas pyrophoriques une fois séchées. Ceci est d'autant plus remarquable que Les échauffements produits en dehors de la decoupe sont très limités et ne modifient pas la structure métallurgique des parties découpées, ce qui permet ensuite éventuellement de les analyser. Pour recueillir Les particules actives, on a prévu l'appareillage représenté figure 4. Un aspirateur 81 (celui qui va être décrit a été conçu pour cette application par La Société Gradel, Steinfort, Luxembourg et porte la référence ASP 2502/SP 27-2) est disposé dans la cuve 6 sur la grille 24. Il comprend un moteur créant à l'intérieur un tourbillon (hydrocyclone) qui aspire le liquide par un tuyau d'aspiration 82 qui débouche en face du tuyau inférieur 22. L'eau et les particules rassemblées au point le plus bas 23 du fond 21 sont aspirées et débouchent dans une chambre centrale 90 du corps d'aspirateur. Presque toutes les particules retombent ensuite, à l'exception des plus fines, par gravité dans un cône inférieur 91 puis dans un récipient 89 en bas de l'as aspirateur 81. L'eau et les particules fines sont quant à elles aspirées vers le haut par un rotor occupant une chambre supérieure 92 du corps d'aspirateur et passent ensuite, quittant le corps de ce dernier, par un tuyau de sortie 83 vers des moyens de filtration plus fine des particules.Dans la réalisation représentée, on en prévoit deux : le tuyau de sortie 83 bifurque et ses branches aboutissent respectivement à un sac filtrant 84 et à un récipient de béton 85 contenant des filtres très fins dont sort une canalisation de trop-plein d'eau 86 Les deux branches sont munies de vannes manuelles 88 et on peut utiliser L'aspirateur 81 tout d'abord en faisant transiter l'eau et Les particules par le sac filtrant 84 qui retient les plus grosses particules encore en suspension, celles de plus de 40 m de diamètre, et laisse les autres retomber dans la cuve 6. Quand l'épuration des grosses particules est achevée, on effectue une commutation des vannes 88 pour faire transiter le liquide et les particules par Le récipient 85. L'eau ressort par la canalisation de trop-plein 86 dont le filtre 87 ne laisse passer que les particules de diamètre inférieur à 5 ym. Il en résulte que les particules actives sont réparties dans les récipients 89, 84, 85. Le sable y demeure également et sert ainsi à la dilution des déchets actifs. L'oxydation déjà mentionne des particules d'alliage de zirconium les rend chimiquement inertes vis-å-vis du ciment que l'on coule pour le conditionnement des déchets. L'invention constitue donc une solution très attrayante pour le demantélement d'installations nucléaires usagées comprenant des pièces de formes et de matériaux variés. Par ailleurs, on pourrait évidemment utiliser d'autres récipients que la cuve 6 et d'autres montages pour la tête de decoupe 17, analogues d ceux utilisés pour la decoupe au chalumeau par exemple. Les dispositifs porteurs de la tête de découpe 17 et de la contre-butée 20 peuvent être avantageusement démontables pour pouvoir les retirer en cas de besoin, laissant alors la pièce irradiée dans la cuve 6. REVENDICATIONS 1. Dispositif de découpe de pièces irradiées (11) caractérisé en ce qu'il comprend une cuve (6) remplie de liquide dans lequel la pièce est plongee au moins partiellement, une tête de découpe (17) plon gée dans le liquide et projetant un liquide sous pres sion qui véhicule un abrasif en particules, un système de maintien de la pièce (20, 50), un système de déplace cement relatif (16, 51) de la tête et de la piece et un dispositif d'aspiration (81, 22) muni d'un ori fice débouchant dans le fond (21) de la cuve et qui amène de l'abrasif et des particules arrachées aux pièces pendant la découpe vers un récipient de rejet (89, 84, 85) pourvu d'un filtre (84, 87) de rétention de particules arrachées et d'évacuation du liquide. 2. Dispositif de découpe suivant la reven diction 1, caractérisé en ce que la pièce est déplacée devant la tête au cours de la découpe et que le système de maintien de la pièce est composé de butées a rou leaux (50, 66) en appui sur la pièce. 3. Dispositif de découpe suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les butées à rouleaux sont en appui sur des surfaces opposées de la pièce et enserrent la pièce. 4. Dispositif de découpe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pièce est une enveloppe cylindrique et en ce que le systéme de déplacement relatif est composé de mors venant serrer l'enveloppe et de moyens moteurs imprimant à l'enveloppe un pivotement autour de son axe. 5. Dispositif de découpe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la tete est disposee sur une glissière perpendi culaire à une direction de déplacement relatif de la tête et de la pièce produite par le système de deplacement relatif pendant la découpe. 6. Dispositif de découpe suivant la revendication 5, caractérisé en ce que des éléments du système de maintien (66) sont disposés sur une glissière (45) perpendiculaire a une direction de déplacement relatif de La tete et de la pièce produite par le système de déplacement relatif pendant la decoupe. 7. Dispositif de découpe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le recipient est pourvu d'une grille horizontale (24) entre la pièce et le fond. 8. Dispositif de découpe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le récipient (89) de rejet est un sac flexible filtrant (84). 9. Dispositif de découpe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le récipient de rejet (85) est en béton et que le filtre (87) retient également l'abrasif. 10. Dispositif de decoupe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le liquide est de l'eau déminéralisée. 11. Dispositif de découpe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les pièces sont en un alliage de zirconium. 12. Dispositif de découpe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la cuve est dans un canal (1) s'étendant au-dessus de la cuve et dans lequel le niveau de liquide est variable. 13. Procédé de découpe de pièces irradiées, caractérisé en ce qu'il consiste à plonger la pièce dans un liquide, à projeter un jet de liquide abrasif sur la pièce, a déplacer la pièce par rapport au jet et à aspirer des particules arrachees de la pièce. 14. Procédé de découpe de pièces irradiées suivant la revendication 13, caractérisé en ce que la pièce à découper a une forme d'enveloppe cylindrique, et en ce que le jet est immobile et la piece pivote autour de son axe pendant la découpe.