Brevet FR2722550A1 — publié le 19960119

DISPOSITIF D'ACCOMPAGNEMENT DE CHARGES LOURDES, LORS D'UNE MANUTENTION DANS UN LIQUIDE DESCRIPTION Domaine de l'invention L'invention concerne la manipulation de charges lourdes dans un liquide, par exemple le stockage en piscine d'éléments combustibles nucléaires et, en particulier, leur acheminement dans la piscine de stockage au moyen de conteneurs spéciaux, châteaux, hottes ou équivalents. L invention concerne, plus précisément, un dispositif anti-chute de tels conteneurs, notamment pour leur manipulation au-dessus et dans la piscine de stockage. Art antérieur et problème posé En effet, des charges très lourdes sont amenées à être acheminées au-dessus et dans des piscines de stockage d'éléments combustibles. Ces charges lourdes sont constituées de châteaux, de conteneurs ou de hottes contenant les éléments à stocker, temporairement ou définitivement. En référence à la figure 1, ces conteneurs 1 sont manipulés au moyen d'un pont roulant, symbolisé par un câble 2 et une poulie 4, au moyen d'un câble de suspension 3. Les conteneurs 1 sont acheminés au-dessus de la piscine 13 dont le bain est référencé 6, pour y être entreposés. Une fois posés sur le fond, le conteneur est ouvert et le ou les éléments de combustibles 7 en sont extraits. Cette dernière opération peut s'effectuer au moyen d'une colonne 9 et d'un pont roulant du type passerelle 10. La mise en oeuvre d'une telle installation de stockage d'éléments combustibles amène à réaliser des analyses de sûreté en envisageant des cas de fuites accidentelles consécutives à une rupture franche de l'installation de levage du conteneur 1. Il est noter à cette occasion qu'il est nécessaire de déterminer le comportement des parois de la piscine 13, suite aux surpressions engendrées par l'impact du conteneur 1 sur le plan d'eau 6 de la piscine, lorsque la chute se produit à partir d'une position hors piscine. Il est également indispensable de concevoir un dispositif à installer dans le fond de la piscine pour absorber l'énergie cinétique de la charge ou du conteneur, après son libre parcours en chute libre dans l'eau. Le rôle de cet absorbeur d'énergie est de supprimer la détérioration du fond de la piscine et, éventuellement, de la charge elle-même ou du conteneur lors de son arrivée sur le fond. On sait d'ailleurs utiliser des dispositifs amortisseurs placés au fond d'une piscine pour amortir la chute d'une telle charge. Ce type de dispositif est composé principalement d'une grande quantité de tubes minces, parallèles et fixés verticalement sur une plaque posée au fond de la piscine. Ces tubes minces jouent le rôle d'absorbeurs d'énergie. On conçoit qu'un tel dispositif puisse être dans certains cas efficace ; néanmoins, il présente plusieurs inconvénients qui sont les suivants - l'effet de "claque" lors de l'impact du conteneur en surface du plan d'eau de la piscine 6, après le libre parcours dans l'air du conteneur, qui engendre des surpressions hydrodynamiques sollicitant les parois verticales de la piscine 13 ; - la pression sur la peau métallique d'étanchéité 15 située sur la face supérieure du fond de la piscine en béton armé 13 est importante lors de l'écrasement de l'amortisseur résultant de l'impact du conteneur sur l'amortisseur ; - un tel amortisseur n'est pas réutilisable après un accident - lors de sa descente, la charge n'est pas guidée ; - on ne connaît pas le comportement d'un tel dispositif dans des conditions de séisme ; - les charges ou colis ne sont pas protégés - l'efficacité d'un tel dispositif est remis en cause dans le cas où la charge est décentrée. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif d'un type différent permettant l'amortissement de charges lourdes au fond d'une piscine. Résumé de l'invention A cet effet, l'objet principal de l'invention est un dispositif d'accompagnement de charges lourdes lors d'une manutention dans un liquide, caractérisé en ce qu'il comprend - un cylindre qui possède un diamètre intérieur déterminé - un piston de diamètre extérieur déterminé en fonction du diamètre intérieur du cylindre et sur la surface supérieure duquel les charges à descendre sont posées. Dans le cadre de son application à la manutention en piscine, il comprend un socle sur lequel est fixé verticalement le cylindre. Dans sa réalisation préférentielle, le cylindre comprend en outre une virole supérieure ayant une fente verticale sur une grande partie de sa hauteur pour permettre le déchargement des matériels contenus dans la charge, une fois que la charge est descendue au fond du cylindre. De préférence, le diamètre externe du piston est très légèrement inférieur au diamètre interne du cylindre, pour obtenir une faible vitesse de l'ensemble du piston et de la charge. Le cylindre se complète avantageusement d'une virole inférieure de même diamètre intérieur que la virole supérieure, mais ne possédant pas de fente verticale, pour ralentir la chute de l'ensemble du piston et de la charge quand le piston arrive au niveau de cette virole inférieure. Dans sa réalisation préférentielle, la virole supérieure possède des raidisseurs circulaires horizontaux et des raidisseurs verticaux sur les bords de la fente verticale, de manière à renforcer les capacités mécaniques de cette virole supérieure. Le piston est conçu de manière à être léger et rempli de polyuréthane pour lui assurer une flottabilité positive. Liste des figures L'invention et ses différentes caractéristiques sont expliquées dans les paragraphes suivants et illustrées par deux figures qui représentent respectivement - figure 1, une installation de stockage en piscine utilisant ce dispositif selon l'invention ; - figure 2, en vue cavalière, le dispositif selon l'invention. Description détaillée d'un mode de réalisation Toujours en référence à la figure 1 et dans le cadre de son application à la manutention de combustibles nucléaires dans une piscine, le dispositif selon l'invention est représenté posé sur la gauche de la piscine 13. On voit qu'il est constitué principalement d'un cylindre 12 et d'un piston 14. Un conteneur 1 est installé sur la face supérieure 14S du piston 14 au moyen d'une colonne de manutention 9. Une fois descendu au fond de la piscine, le conteneur 1 pourra être ouvert et l'élément combustible 7 qu'il contient pourra en être extrait pour être stocké dans un rayonnage de ce stockage. La figure 2 représente principalement une piscine de stockage 13, l'eau 6 qu'elle contient et le dispositif selon l'invention. On y reconnaît le piston 14 et le cylindre 12. On ajoute que le dispositif possède une base 15 posée sur le fond de la piscine et sur laquelle est fixée la base du cylindre 12. On précise que ce cylindre 12 est de préférence réalisé en deux parties principales qui sont une virole inférieure 16 et une virole supérieure 17. Elles sont montées l'une dans le prolongement de l'autre, de manière à ce que le diamètre interne D2 du cylindre soit le même sur toute la hauteur. La virole supérieure 17 présente une fente verticale 18 sur toute sa hauteur, c'est-à-dire sur toute la partie supérieure du cylindre 12. Cette fente verticale 18 est destinée en premier lieu à permettre, après l'extraction d'un élément combustible logé dans un conteneur placé à l'intérieur du cylindre 12, à l'acheminement de l'élément combustible vers les zones de stockage en profitant du passage offert par cette même fente 18. La hauteur de la fente 18 est dimensionnée par la hauteur des éléments à manutentionner. La hauteur de la fente 18 doit être supérieure à la longueur des éléments combustibles. Le piston 14, représenté au-dessus du cylindre 12 a un diamètre externe déterminé D1 très légèrement inférieur au diamètre D2 du cylindre 12, c'est-à-dire des viroles 16 et 17. On comprend ainsi que l'ensemble du cylindre 12 fixé sur le socle 15 et du piston 14 constitue l'ossature principale d'un amortisseur. En effet, si le piston 14 descend en coulissant à l'intérieur du cylindre 12 avec un très léger jeu entre la paroi interne du cylindre 12 et la paroi externe du piston 14, le fluide enfermé dans le volume situé en dessous du piston 14 offre une résistance à la descente de ce dernier à l'intérieur du cylindre 12. La fente 18 de la virole supérieure 17 a également pour fonction de permettre un écoulement relativement rapide de l'eau enfermée en dessous du piston 14 à l'intérieur du cylindre 12, tant que le piston 14 descend jusqu'en bas de cette fente verticale 18. En effet, l'eau peut alors s'échapper par la fente verticale 18 tant que le piston n'a pas atteint l'extrémité inférieure de cette dernière. Lorsque le piston 14 descend, la section offerte pour l'écoulement par la fente 18 diminue, ce qui entraîne un ralentissement progressif. Par contre, lorsque le piston 14 descend à l'intérieur de la virole inférieure 16, la fente verticale 18 n'étant plus présente, l'eau a beaucoup plus de difficulté à s'écouler entre le piston 14 et le cylindre 12. Le jeu existant entre ces deux éléments règle donc le débit de fuite de l'eau alors enfermée. La différence D2 - D1 est donc importante pour calculer la vitesse de descente du piston 14 dans le bas du cylindre 12. Le piston 14 est construit de manière à posséder une flottabilité positive, c'est-à-dire qu'il est capable de flotter dans l'eau. A cet effet, on le prévoit en acier inoxydable à très haute limite élastique. Son volume interne est rempli de mousse de polyuréthane, à retrait limité. Ainsi, si un conteneur, une charge lourde ou un château, tels qu'ils ont été décrits à la figure 1, est placé au-dessus du piston 14, lui-même placé flottant à l'intérieur du cylindre 12, le dispositif selon 1 invention ccnstitue donc un amortisseur pour ce conteneur en cas de chute de sa part. En effet, si le câble de suspension d'un tel conteneur venait à lâcher, le conteneur serait amené à tomber sur le piston 14, lui-même alors sollicité à descendre au fond de la piscine. Le débit de fuite à travers la fente verticale 18 de l'eau emprisonnée dans le cylindre 12 permet alors à l'ensemble de se comporter comme un amortisseur. De plus, lorsque le piston 14 arrive au niveau supérieur de la virole inférieure 16, le débit de fuite de l'eau emprisonnée est beaucoup moins important et la chute de l'ensemble est considérablement ralentie au voisinage du socle 15. Le ralentissement de la charge ou du conteneur, ainsi en chute libre au préalable, est donc obtenu en cas de rupture accidentelle du système de sustentation de celui-ci. Comme le montre la figure 2, la virole supérieure peut être renforcée par des raidisseurs circulaires horizontaux 19, parallèles entre eux, qui la ceinturent. De même, deux raidisseurs verticaux 20 peuvent être placés de sur les bords de la fente verticale 18. De plus, cette virole supérieure 17 peut être équipée de plusieurs rails verticaux 21 fixés sur la paroi interne de celle-ci pour permettre le guidage du piston 14 et d'éviter le coincement du piston dans le cylindre dans le cas de fonctionnement ou de chute accidentelle d'une charge décentrée. Le jeu entre les rails de guidage et le piston est déterminé de telle sorte qu'en cas de rotation du piston, celui-ci vienne en appui sur les rails de guidage avant d'entrer en contact avec la virole supérieure 17 et supprime de ce fait tout risque de coincement du-piston dans la virole supérieure 17. Le socle 15 est constitué d'une plaque épaisse équipée de vérins réglables permettant à ce socle 15 de s'adapter au défaut de planéité du fond de la piscine 13 et limitant la pression transmise au fond de cette piscine. De plus, des trous calibrés situés sur le socle 15 et dans le diamètre inscrit de la virole inférieure 16 permettent de diminuer l'effet de succion lors de la remontée du piston pour que ce dernier suive immédiatement la charge en phase de remontée. La virole inférieure 16 est fixée au socle 15 par une bride 22 boulonnée. Il en est de même entre la virole inférieure 16 et la virole supérieure 17 qui possèdent chacune une bride 23 boulonnée à l'autre. Ainsi, lors d'une exploitation normale de la piscine de stockage, les charges, à savoir les conteneurs, peuvent être descendus à vitesse constante au fond de la piscine, grâce au câble de sustentation, le piston étant entraîné par la poussée de la charge suspendue. Le piston 14 qui est conçu avec une flottabilité positive reste toujours en contact de la charge. Il en est de même pour remonter éventuellement une charge, le piston 14 participant un peu à la remontée de celle-ci compte tenu de sa flottabilité positive. Avantages de l'invention On conçoit aisément que le dispositif selon l'invention puisse être réemployé après avoir subi une chute, c'est-à-dire après avoir servi. L'effet de claque est supprimé. L'effet de pression sur le fond de la piscine est quant à lui fortement atténué. La charge est guidée lors de sa chute à l'intérieur du cylindre et ne peut basculer. La tenue au séisme du dispositif selon 1 invention est satisfaite. Du fait que le conteneur est enfermé à l'intérieur du cylindre. il est protégé d'éventuels mouvements. Dans le cas où le conteneur chute dans une position décentrée, le cylindre permet de guider la charge, le piston étant lui-même guidé à l'intérieur du cylindre. Remarques Le dispositif d'accompagnement selon l'invention peut être également utilisé pour manutentionner n importe quel type de charge, de colis ou d'élément dans un volume de liquide, par exemple la mer, un lac, une rivière. Le principe de descente de la charge est le même, c'est-à-dire que celle-ci s'effectue en toute sécurité en se servant d'un piston qui l'accompagne à l'intérieur d'un cylindre. Dans l'application décrite précédemment, le piston sert essentiellement en cas de rupture de la chaîne cinématique, par exemple rupture d'un câble. On peut imaginer des fonctionnements de ce dispositif où le piston servirait également à faire descendre toutes les charges. Par exemple, on peut imaginer un cylindre d'une très grande hauteur fixé sur le quai d'un port, sur le bastingage d'un navire. Dans ce cas, le dispositif servirait simplement à descendre au fond du fleuve, ou de la mer un colis. La vitesse de descente de tels colis serait alors régulée par le jeu entre le piston et le cylindre. On pourrait également envisager que le cylindre du dispositif selon l'invention soit maintenu en surface par une bouée, toujours dans le même but de descendre dans les profondeurs du plan d'eau des colis. Dans ces cas, la présence d'une fente verticale n'est pas nécessaire. En effet, on se servirait en permanence d'un système limiteur de la vitesse de descente par utilisation de l'ensemble piston/cylindre. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'accompagnement de charges lourdes, lors d'une manutention dans un liquide, caractérisé en ce qu'il comprend - un cylindre (12) de diamètre intérieur (D2) déterminé ; et - un piston (14) de diamètre extérieur (D1) déterminé en fonction du diamètre intérieur (D2) du cylindre (12), sur la surface supérieure (14S) duquel les charges (1) à descendre sont posées. 2. Dispositif selon la revendication 1, utilisé pour la manutention en piscine, caractérisé en ce qu'il comprend un socle (15) sur lequel est fixé verticalement le cylindre (12) et posé sur le fond de la piscine. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le cylindre (12) comprend, en outre, une virole supérieure (17) ayant une fente verticale (18) sur une grande partie de sa hauteur pour permettre le déchargement des matériels contenus dans la charge (1), une fois que la charge est descendue au fond du cylindre (12). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le piston (14) a un diamètre extérieur (D1) très légèrement inférieur au diamètre intérieur (D2) du cylindre (12) pour produire une faible vitesse de la chute éventuelle d'une charge (1) et du piston (14), lorsque cet ensemble arrive en bas de la fente (18). 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre comporte également une virole inférieure (16) de même diamètre intérieur (D2) que la virole supérieure (17), mais ne possédant pas de fente verticale (18) pour ralentir la chute de l'ensemble du piston (14) et de la charge (1), quand le piston arrive au niveau de cette virole inférieure (16) 6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la virole supérieure (17) possède des raidisseurs circulaires (19) horizontaux et des raidisseurs verticaux (20) sur les bords de la fente verticale (18). 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston (14) est léger et rempli de polyuréthane pour lui assurer une flottabilité positive.