Brevet FR2703291A1 — publié le 19941007

INSTALLATION DE DECOUPAGE PAR JET DE FLUIDE CRYOGENIQUE. La présente invention concerne une installation de découpage par jet de fluide cryogénique. Une telle installation, décrite par exemple dans le brevet français déposé sous le numéro nO 8906474, comporte un réservoir de stockage du liquide cryogénique à basse pression, un compresseur haute-pression et au moins une buse d'éjection reliée au compresseur hautepression par un conduit calorifugé. La découpe d'une pièce implique le déplacement relatif de la buse d'éjection par rapport à la pièce. Compte tenu de la pression du fluide à la sortie du compresseur qui dépasse habituellement 1000 bars, et de la température très basse du fluide éjecté, on a proposé dans l'art antérieur, de raccorder la buse au compresseur avec un conduit de faible longueur, et de déplacer la pièce dans un plan perpendiculaire à l'axe d'éjection du fluide. Cette solution est satisfaisante pour une utilisation expérimentale ou pour des faibles cadences de découpages. Par contre, elle ne permet pas de découper des séries importantes de pièces dans un matériau de grande dimension. Le but de l'invention est de proposer une installation remédiant à cet inconvénient. A cet effet, l'invention concerne plus particulièrement une installation dans laquelle la sortie du compresseur haute-pression est raccordée à une rampe fixe constituée par un conduit tubulaire à paroi épaisse calorifugé, sur laquelle est raccordé au moins un conduit tubulaire à paroi épaisse calorifugé dont l'extrémité opposée à la rampe est solidaire d'une platine mobile dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal dudit conduit, la buse d'éjection étant raccordée sur l'extrémité mobile dudit conduit. La force exercée par la platine sur l'extrémité du conduit à paroi épaisse, l'autre extrémité étant fixe, provoque une déformation du conduit, cette déformation étant réversible si l'on respecte les limites d'élasticité dudit conduit. Selon un mode de réalisation préféré, une pluralité de conduits à paroi épaisse est raccordée à la rampe fixe, l'extrémité de chacun desdits conduits étant solidaire d'une platine mobile dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal dudit conduit, une buse d'éjection étant raccordée à chacune des extrémités mobiles desdits conduits. Avantageusement, les conduits à paroi épaisse sont entourés par une enveloppe étanche, le volume compris entre l'enveloppe étanche et le conduit étant relié à une pompe à vide. Selon un mode de mise en oeuvre préféré, chacune des buses d'éjection est fixée sur la platine de façon à maintenir une direction d'éjection constante quelque soit la position de ladite platine. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faisant référence aux dessins où: - la figure 1 représente une vue schématique de l'installation selon l'invention - la figure 2 représente une vue en coupe du système d'éjection de fluide cryogénique ; L'installation dont un exemple de réalisation est décrit en référence à la figure 1. Cette installation comporte un réservoir de stockage (1) de l'azote liquide à basse pression et à une température correspondant sensiblement à la température d'ébullition, soit à 77,30K à la pression atmosphérique. La température de l'azote liquide augmente en cours de stockage d'environ 0,50 par jour en raison des déperditions calorifiques résultant du défaut d'isolation. Ce réservoir (1) est constitué par un corps cylindrique à parois épaisses fermées par des flasques. Ce réservoir est relié par l'intermédiaire d'un conduit calorifugé (2) à un réservoir intermédiaire (3) de plus petite capacité. Une vanne (4) permet de commander le remplissage du réservoir intermédiaire (3). Un réservoir (5) d'azote gazeux contenant de l'azote à basse pression, par exemple à environ 30 bars, est également relié au réservoir intermédiaire (3). Ce réservoir (5) d'azote gazeux permet d'élever la pression de l'azote liquide contenue dans le réservoir intermédiaire (3) jusqu 'à atteindre une pression suffisante pour le gavage du compresseur haute-pression qui suit. Classiquement, la pression de gavage est de l'ordre de 30 bars. Pour atteindre cette pression, on commence par remplir le réservoir intermédiaire (3) par ouverture de la vanne (4). La vanne (7) disposée à la sortie du réservoir intermédiaire est fermée pendant ce temps. Lorsque la pression d'équilibre est atteinte, on ferme la vanne (4) disposée à l'entrée du réservoir intermédiaire (3) et on ouvre la vanne (6) reliant le réservoir d'azote liquide (5) au réservoir intermédiaire (3). La pression de l'azote liquide du réservoir intermédiaire (3) augmente ainsi jusqu'à la pression de gavage. La vanne de sortie (7) peut alors être ouverte pour commencer un cycle de compression haute-pression. Le réservoir intermédiaire (3) est relié à un échangeur de température (8) alimenté en fluide primaire basse température par un cryogénérateur (9), par exemple stirling à hélium, ou par détente d'azote liquide. Cet échangeur de température (8) a pour fonction d'abaisser la température de l'azote liquide à une température inférieure à la température d'ébullition, et de réguler la température de l'azote alimentant le compresseur haute-pression. Il est raccordé au compresseur haute-pression (12) par un conduit (10) muni d'une vanne (11) calorifugée. Le compresseur haute-pression (12) est constitué par un intensificateur de pression mettant en oeuvre un piston à double-effet, présentant une tête (14) de grande section actionnée par de l'air comprimé provenant d'un réservoir (13) par l'intermédiaire d'un conduit (16) commandé par une vanne (17) . L'autre extrémité du piston est constituée par un piston-plongeur (15) d'une section réduite, communiquant avec une chambre (18) alimentée en azote liquide à basse-pression. La sortie du surpresseur (12) alimente une buse d'éjection (19) comportant de façon connue un saphir percé par un orifice calibré. La buse (19) est alimentée en fluide cryogénique sous pression par un conduit (24) à paroi épaisse. Ce conduit est constitué par un tube en acier inoxydable présentant un diamètre intérieur de ...millimètres et un diamètre extérieur de ... millimètres. Le conduit (24) est entouré par un manchon isolant relié au réservoir d'azote liquide (3) par un conduit (22) calorifugé par un manchon d'isolation (23). L'extrémité (25) amont du conduit (24) reliant le surpresseur (12) à la buse (19) est fixe. L'extrémité opposée la plus proche de la buse (19) est mobile dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal au conduit (24). Un moteur (27) monté sur un bâti non représenté entraîne le déplacement de la buse (19) selon une direction perpendiculaire au plan de la figure. L'élasticité du conduit (24) permet un débattement latéral dont l'amplitude dépend de la longueur du conduit (24) et des qualités mécaniques du matériau employé. A titre d'exemple, un conduit réalisé en acier inoxydable dont la diamètre intérieur est de 1,6 millimètres et dont le diamètre extérieur est de 6,35 millimètres, permet un déplacement latéral de l'extrémité mobile d'environ 50 millimètres pour une longueur de 80 centimètres. La pièce à découper (30) est déplacée selon une direction perpendiculaire à l'axe du jet et à la direction de déplacement de la buse (19) par l'intermédiaire d'un convoyeur (31), par exemple un convoyeur à galet. La combinaison des deux mouvements permet de suivre une ligne de découpe quelconque. La figure 2 représente une vue du système d'éjection comportant plusieurs buses d'éjection (40 à 43). La sorite du surpresseur (12) est reliée à une rampe d'alimentation (44). Cette rampe d'alimentation est constituée par une pluralité de segments tubulaires (45 à 48). Les segments tubulaires (45 à 48) sont raccordés entre eux de façon connue. Chacun des segments tubulaires (45 à 48) présente une dérivation débouchant dans un conduit (49 à 52) alimentant l'une des buses (40 à 43) en fluide cryogénique à haute pression. Chacun des conduits (49 à 52) est entouré par une enveloppe (53 à 56) à soufflet, débouchant sur le manchon (57 à 60) entourant le segment tubulaire (45 à 48) correspondant. Les buses (40 à 43) sont solidaires d'une platine (61) supportant les mécanisme d'entraînement (62 à 65). La platine (61) est fixe par rapport à la rampe (44) Le mécanisme d'entraînement (62 à 65) assure le déplacement latéral de la buse correspondante (40 à 43), et provoque donc une déformation du conduit (49 à 52) correspondant. Dans l'exemple de réalisation faisant l'objet de la figure 2, la buse (42) disposée à l'extrémité du conduit (51) est déplacée vers la droite, ce qui provoque une déformation longitudinale du conduit (51) dont les deux extrémités conservent l'orientation initiale. L'extrémité amont reste perpendiculaire au plan horizontal passant par la rampe (44) . De même, l'extrémité aval reste perpendiculaire à la platine (61). La partie intermédiaire du conduit (51) prend une courbure régulière déterminée par les caractéristiques mécaniques du matériau constitutif du conduit. De même, le conduit (52) est déformé en sens opposé du fait du déplacement de la buse (43) correspondante vers la droite. Le matériau à découpé (66) est déplacé dans le plan parallèle à la platine (61) par un convoyeur (67). Le dispositif représenté en figure 2 permet de procéder à quatre lignes de découpes simultanées. Le pilotage des mécanisme d'entraînement (62 à 65) des buses (40 à 43) ainsi que du convoyeur (67) peut être commandé par un calculateur, asservi éventuellement à la vitesse de découpe. L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple non limitatif. I1 est bien entendu que l'Homme de Métier sera à même de réaliser diverses variantes sans pour autant sortir du cadre de l'invention. En particulier, l'extrémité amont de la rampe d'alimentation peut être également mobile selon une direction perpendiculaire à la direction de mobilité des buses. REVENDICATIONS 1 - Installation de découpage par jet de fluide cryogénique comportant un réservoir de stockage du liquide cryogénique à basse pression, un compresseur haute-pression (12), et au moins une buse d'éjection (19) reliée au compresseur haute-pression par un conduit calorifugé, caractérisé en ce que la sortie du compresseur haute-pression (12) est raccordée à une rampe (44) fixe constituée par un conduit tubulaire à paroi épaisse calorifugé, sur laquelle est raccordé au moins un conduit tubulaire à paroi épaisse calorifugé dont l'extrémité opposée à la rampe (44) est solidaire d'une platine (61) mobile dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal dudit conduit, la buse d'éjection étant raccordée sur l'extrémité mobile dudit conduit. 2 - Installation de découpage par jet de fluide cryogénique selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une pluralité de conduits (49 à 52) à paroi épaisse sont recordés à la rampe (44) fixe (44), l'extrémité de chacun desdits conduits étant solidaire d'une platine mobile dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal dudit conduit, une buse d'éjection étant raccordée à chacune des extrémités mobiles desdits conduits. 3 - Installation de découpage par jet de fluide cryogénique selon la revendication 1 ou selon la revendication 2 caractérisé en ce que les conduits à paroi épaisse sont entourés par une enveloppe étanche rigide à soufflets réalisée en un matériau thermiquement isolant. 4 - Installation de découpage par jet de fluide cryogénique selon la revendication 3 caractérisé en ce que le volume entre l'enveloppe à soufflets et le conduit tubulaire est relié à une pompe à vide.