LU82368A1 - Dispositif pour positionner et maintenir une base porte-instrument - Google Patents

Description

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La présente invention concerne un dispositif de positionnement universel pour permettre de.positionner avec souplesse et précision, un outil ou un instrument quelconque en un nombre pratiquement infini de positions î 5 par rapport à'un plan de travail.

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Une application particulière pour un dispositif de ce genre est celle des générateurs de vapeur, et notamment les générateurs de vapeur de centrales nucléaires.Bien i * 10 que l'invention puisse être utilisée dans d'autres j applications, c'est en se référant à son application j| à un générateur de vapeur qu'elle sera décrite dans ce || qui suit à titre d'exemple nullement limitatif.

i ïw I 15 Dans un générateur de vapeur,le fluide caloporteur circule dans des tubes, dans lesquels il entre et d'où il sort par l'entremise d'une chambre dite boîte à eau. Une telle boîte à eau constitue une enceinte dont une face est formée par une plaque tubulaire où affleu-20 rent les tubes et où l'on accède par un trou de visite ménagé dans la paroi extérieure. Il est souvent nécessaire de pouvoir inspecter l'état des tubes et, le cas échéant, les réparer ou les bouchonner. De telles opérations sont malaisées, vu la difficulté d'accès 125 à la plaque tubulaire et l'exiguïté de la boîte à eau.

Dans le cas des générateurs de vapeur associés aux réacteurs nucléaires, la difficulté précitée se double d'un danger. En effet, le fluide caloporteur charrie alors des contaminants radioactifs qui se déposent 30 dans la boite à eau et sur les tubes, de sorte qu'un opérateur qui devrait pénétrer dans la boîte à eau pour une inspection, une réparation ou un bouchonnage subirait une dose d'irridiation qui limite la durée de sa prestation en boîte à eau, généralement à 35 quelques minutes. Cette contrainte entraîne le recours I à un nombre élevé d'opérateurs qualifiés avec des - 2 - inconvénients opérationnels et économiques évidents.

Cet état de chose a entraîné le développement d’appareils à introduire dans une boîte à eau en vue d'y ac-5 complir des opérations d'inspection ou de réparation des tubes par commande à distance, ce qui réduit la durée de la présence du personnel à l’intérieur de la boite à eau. Toutefois, les divers appareils proposés à ce Jour présentent un ou plusieurs parmi les incon-& 10 vénients suivants: 1) Leur conception même est telle qu'elle exige la présence d'opérateurs à l'intérieur d'une boîte à eau pour la pose et la dépose de supports ou de parties de l'appareillage; 15 2) Ces appareils sont incapables d'opérer sur la tota lité des tubes,le champ d'action étant limité pour des raisons liées à leur conception cinématique ou aux dimensions de certains composants; dès lors, pour l'intervention sur certains tubes, la présence d'un 20 opérateur humain est quand même nécessaire; 3) Les composants sont insuffisamment rigides que pour résister correctement aux efforts impliqués par certaines des opérations requises, comme le découpage d'un tube ou son extraction; 25 4) Dans certains appareils, les constituants sont par ticulièrement lourds et encombrants de sorte que leur introduction dans la boîte à eau est lente ou malaisée, compte tenu des éléments présents au voisinage de la boîte à eau; 30 5) Des appareillages du type ro'cct, parfaitement vala bles en soi, sont cependant mal adaptés à la configuration très particulière d'une boite à eau, en particulier celle en quart de srnère, pourvue d'un trou de visite excentré.

Le problème que vise à résoudre l'invention est de 35 - 3 - ft réaliser un dispositif de positionnement universel qui soit d’une très grande souples.se et d’une grande précision de mouvement et qui puisse être amené sous une forme compacte de manière à pouvoir être introduit, 5 mis en place fet manoeuvré dans un espace fermé, même de volume réduit et d’accès malaisé.

Le dispositif suivant l’invention comprend essentiellement un support rigide portant un pivot ayant son ‘10 axe de rotation perpendiculaire au plan de travail, un premier bras monté sur le pivot par l’intermédiaire d'une première articulation ayant son axe de pivotement perpendiculaire à l'axe de rotation dudit pivot, un second bras monté à coulissement sur le premier 15 bras, et une base porte-instrument montée à l’extrémité du second bras.

Le dispositif peut être exécuté dans diverses configurations couvertes par les revendications ci-jointes.

20 La base porte-instrument peut porter une tête opératoire ou un instrument quelconque. Elle peut avantageusement porter en outre un dispositif d'ancrage pour . la solidariser temporairement à une structure de réfé rence de manière à reprendre les efforts appliqués à 25 la base porte-instrument par le fonctionnement d'une - tête de travail fixée sur ladite base porte-instrument.

Dans une variante de mode de réalisation avantageuse, ; - le dispositif comprend encore des moyens de verrouillage H pour bloquer au moins une des articulations afin de ; · 30 bloquer le dispositif dans une configuration prédéter miné e quelc onque.

Avantageusement motorisé avec commande à distance, le , dispositif conforme à l’invention permet de positionner 1 35 avec précision, par exemple de l’ordre du millimètre,la base porte-instrument à n’importe quel endroit du plan de travail.

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Grâce à sa grande souplesse de mouvement , ce dispositif permet non seulement l’inspection aisée d’un tube quelconque sur toute sa longueur, mais également toute opération de marquage, de mesure, de travail ouvl'usina-5 ge quelconque par l'adaptation sur la base porte-instrument d'une tête opératoire appropriée,ainsi que des manipulations diverses à l'intérieur d'une boîte à eau ou d'une enceinte fermée quelconque.

>10 La conception particulière du dispositif selon l'invention lui permet d'être replié sous une forme compacte et de ce fait d'être introduit entièrement dans une boîte à eau et d'y être déployé et mis en place sans pour cela requérir la présence d'un opérateur à 15 l'intérieur de la boîte à eau. Une telle présence n'est pas non plus requise ni pour manoeuvrer et régler le dispositif, ni pour'l'extraire de la boîte à eau, de sorte que ce dispositif évite la majeure partie des inconvénients des appareils existants.

20 L'invention est exposée dans ce qui suit avec référence aux dessins ci-joints qui illustrent des exemples nullement limitatifs de configurations préférées. Sur ces dessins : 25 les figures 1 à 5 montrent trois exemples de modes d'exécution du dispositif selon l'invention; la figure 4 illustre un exemple de moyen de solidari-sation temporaire de la base porte-instrument, 30 Se référant aux figures 1 à 5 on voit une coupe dans une boîte à eau 10 formant un quart de sphère et délimitée par une plaque tubulaire circulaire 20 et une paroi plane perpendiculaire à une plaque tubulaire représentée schématiquement par la ligne d'axe 35 20. La paroi extérieure 11 de la boîte à eau présente un trou de visite 12. Dans le mode de réalisation - 5 -

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i I illustré à la figure 1, le dispositif selon l’invention (est repéré dans son ensemble par la référence 30. Ce dispositif est porté par une plaque 1 qui se fixe par rapport au trou de visite 12 comme son couvercle , | 5 normal ou par.tout moyen de liaison rapide convenable.

< ; \ Le couvercle 1 comprend des ouvertures pour le passage des câbles et tuyauteries de fluides requis à l'inté--i rieur de la boîte à eau pour le fonctionnement du ;l dispositif selon l'invention.

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Le couvercle 1 peut être prolongé extérieurement par un dispositif quelconque tel qu’une corbeille de support ou un monorail de suspension,permettant de guider et/ou de supporter une partie ou la totalité de l'appareillage 15 selon l'invention pendant son introduction dans la boîte à eau 10 ou pendant son extraction.

; Au couvercle 1 est fixé un support rigide 2 portant j un pivot motorisé 3 à l'endroit requis par le dimen- | 20 sionnement rationel des éléments mobiles du dispositif.

! La localisation du pivot 3 est aussi conditionnée par la facilité qu'il doit y avoir pour introduire le dis-I positif et en particulier le support 2 par l’ouverture | du trou de visite 12, et de manière à laisser une 25 fraction substantielle de cette ouverture (par exemple la moitié) libre de tout obstacle pour le passage de divers éléments tels que les têtes opératoires ou simplement pour une observation visuelle directe plus aisée de la boîte à eau à travers le trou de visite 12. Sur 30 la figure 1, le pivot 3 est représenté à titre d'exemple en un point voisin de l'aplomb du centre de la ; 'ÿ Î plaque tubulaire 20 sur l'enveloppe sphérique 11 de la boîte à eau. Dans un autre mode d'exécution, le pivot !| 3 pourrait être placé à l'extérieur de la boite à eau, j \ 35 à une distance proche du trou de visite.

j % - 6 - L’axe du pivot motorisé 3 est de préférence orienté suivant une direction perpendiculaire au plan de la plaque tubulaire 20, l’ajustement in situ de cet axe dans la direction désirée pouvant être réalisée par un 5 moyen connu quelconque. Compte tenu de la configuration de la boîte à eau, le pivot 3 ne doit pas nécessairement assurer une rotation complète de 360° de son équipage - mobile et de tout ce qui s'y rattache.

•10 La partie tournante du pivot 3 supporte une articulation motorisée 4 dont l'axe est perpendiculaire à celui du pivot 3· A cette articulation est fixée une extrémité d'un bras rectiligne 5 dont la section est généralement quelconque, par exemple circulaire, carrée ou ouverte.

15 Un deuxième bras 6 est monté à coulissement dans le bras 5, avec lequel il reste donc pratiquement en alignement . Dans 1'exemple particulier illustré, le bras 6 est prolongé par une extension télescopique 7 dont l'extrémité libre peut donc, suivant l'invention, être 20 positionnée et maintenue en regard de n'importe quel endroit voulu de la plaque tubulaire 20. A l'extrémité libre de l'extension télescopique 7 est reliée une base porte-instrument 9 par l'intermédiaire d'une articulation motorisée 8 dont l|axe est parallèle à 25 celui de l'articulation 4. Par la combinaison des mouvements de rotation du pivot 3 et des articulations 4 et 8 autour de leurs axes respectifs et des mouvements de translation du bras 6 et de son extension télescopique 7,1e plan de la base porte-instrument 9 peut être main-30 tenu parallèle à celui de la plaque tubulaire 20.

Sur la figure 1 sont représentées à titre illustratif en 30A et 30B deux autres positions du dispositif 30.

La base porte-instrument 9 est destinée à porter une 35 tête de travail ou un instrument quelconque (sonde, appareil de mesure ou autres) non représenté. Les — 7 — 1 * mouvements du pivot 3, de l’articulation 4, du bras 6 coulissant dans le bras 5, de l'extension télescopique 7 et de l'articulation 8 sont commandés par des moyens connus quelconques tels que moteur électrique ou hydraulique, vérin, etc.

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La figure 2 illustre un deuxième mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Dans cet exemple, le sup-! port 2 est rectiligne de manière à supporter le pivot motorisé 3 en un point proche du plan 20 et tel que 10 l'axe du pivot 3 soit aussi proche que pratiquement possible du centre de cette plaque tubulaire. A la limite, idéalement, l'axe serait centré, mais cela est rendu matériellement impossible lorsque la plaque tubulaire est partagée en deux moitiés par une paroi d'une 15 certaine épaisseur qui lui est perpendiculaire.

La partie mobile du pivot 3 supporte une articulation motorisée 4 d'axe perpendiculaire à celui du pivot 3» donc parallèle au plan de la plaque tubulaire 20 dans 20 l'exemple illustré. A l'articulation 4 est fixée un i bras 5 dont la longueur est légèrement inférieure au rayon de la plaque 20 à cause de. l'excent rement du pivot 3 et qui est prolongé par un bras à coulissement 6, les bras 5 et 6 devant rester pratiquement parallèles ,25 à la plaque tubulaire pendant les mouvements de travail : . du dispositif 30'. Dans ce mode de réalisation, les bras 5 et 6 se comportent donc comme un bras quasi-i polaire. Les bras 5 et 6 sont mis et maintenus en position par un vérin 7 ou par un moyen équivalent 30 quelconque. Le déplacement du bras 6 par translation relativement au bras 5 est assuré par un moyen d'entraînement quelconque, par exemple une crémaillère ou une vis avec écrou (non montré).

35 Sur le bras 6 est fixée la base porte-instrument 9 qui - 8 - « peut elle-même être déplacée par un moyen d’entrainement quelconque soit vers le centre de la plaque tubulaire 20, soit vers la périphérie de celle-ci.Lorsque le bras 6 se trouve à l’extrémité du bras 5iil en forme 5 fonctionnellement une extension,ce qui permet de placer la base porte-instrument 9 face aux extrémités de tubes affleurant vers la périphérie de la plaque tubulaire 20 bien que la longueur du bras 5 soit inférieure au rayon de la plaque tubulaire. A l'opposé, lorsque le bras 6 .10 se trouve amené près du pivot 3» il permet à la base porte-instrument de se présenter en regard des extrémités des tubes voisins du centre de la plaque tubulaire 20. Sur la figure 2 est représentée à titre illustratif en 30C une autre position du dispositif 30'.

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La distance entre l’articulation 4 et la plaque tubulaire 20 est dictée par l’encombrement des bras 5 et 6, de la base porte-instrument 9 et des têtes opératoires elles-mêmes de manière à permettre l’accostage à la 20 plaque tubulaire des têtes opératoires.

Grâce à l'articulation 4 il est possible, dans ce mode de réalisation de l'invention, de rabattre les bras 5 et 6, et donc la base porte-instrument 9 et la tête 25 opératoire elle-même,contre le support 2. Lorsque ce rabattement est commandé par l’intermédiaire du vérin 7, alors que le bras coulissant 6 est à l'extrémité du bras 5 et que la base porte-instrument 9 est elle-même le plus loin possible du centre de la plaque 20,cette 30 base porte-instrument 9 se trouvera positionnée à la fin du rabattement face au trou de visite 12.

Une particularité de cette disposition selon l’invention est que la totalité des éléments constituant le dispo-35 sitif est alors contenue dans un cylindre immatériel ayant pour base le trou de visite 12,ce qui constitue - 9 - un avantage déterminant pour la simplicité et la rapidité de l'introduction du dispositif dans la boîte à eau et de son extraction.Par un dimensionnement approprié des éléments de ce dispositif on peut même faire 5 émerger le bras 6 et la base porte-instrument 9 à travers la plaque 1, pourvue de l'ouverture ad hoc, afin de permettre de procéder à la vérification ou au remplacement de la tête opératoire.

10 De plus, lorsque la rotation de l'articulation 4 est commandée par un vérin 7, celui-ci peut servir de jambe de support pour le bras 5, ce qui confère au système une rigidité accrue et permet d’alléger en conséquence la structure même du bras 5.

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Compte tenu de la rigidité du support 2, qui peut avoir • une section ouverte en U ou équivalente pour accueillir le bras 5 en position rabattue, l'ensemble du dispositif allie à la fois une grande compacité et une grande 20 rigidité.

Ce mode de réalisation de l'invention a encore pour avantage que, opérationnellement, le passage de la base porte-instrument 9 d'une position à une autre 25 dans le plan de travail ne nécessite que la variation de deux coordonnées,!'une angulaire qui intéresse le pivot 3 et l'autre linéaire qui intéresse le coulis-; . sement du bras 6 par rapport au bras 5 ou le dépla cement de la base porte-instrument 9 sur le bras 6.

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La figure 3 illustre un troisième mode de réalisation du dispositif selon 1'invention.Les éléments 1, 2, 3, 4, 9 et 10 en sont similaires ou identiques aux éléments 1, 2, 3» 4, 9 et 10, respectivement, du mode 35 de réalisation illustré à la figure 1, le support 2 étant à titre illustratif plus court sur la figure 3.

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Dans ce mode particulier de réalisation, le bras 5 est formé de deux demi-bras rigides 5A et 5B reliés entre eux par l’articulation 5C d’axe parallèle à celui de l’articulation 4. Ces deux demi-bras ne 5 doivent nullement avoir la même longueur.A l’extrémité du bras 5 est monté le bras coulissant 6 qui porte la base porte-tête 9 par l'intermédiaire de l'articulation 8 dont l'axe est parallèle à l'axe de l'articulation 4.

Ce mode de réalisation permet également de positionner .10 eÎ maintenir la base porte-instrument dans le plan de travail en regard de n'importe quel endroit de la plaque tubulaire. Sur la figure 3 sont représentées à titre illustratif en 30D et 30E deux autres positions du dispositif 30!'. Tout comme le mode de réalisation de 15 la figure 2,1e dispositif de la figure 3 a l'avantage de permettre à la base porte-tête 9 d'être présentée en face du trou de visite 12, à l'intérieur de la boîte à eau, lorsque les deux demi-bras 5A et 5B se trouvent repliés l'un sur l’autre pratiquement dans l'axe du 20 trou de visite 12 avec pivotement autour de l’articulation 4. Par le coulissement du bras 6 il est ensuite possible de faire émerger la base porte-instrument 9 au travers du couvercle lacunaire 1 du trou de visite afin de procéder à la vérification ou au remplacement 25 d’une tête opératoire.

Un avantage spécifique du mode de réalisation illustré à la figure 3 est que, grâce à la très grande souplesse de sa configuration, il permet de positionner et mainte-30 nir la base porte-instrument 9 en de très nombreux points du volume interne de la boîte à eau, en vue d'y déposer ou prendre des objets sur la paroi intérieure de l'enveloppe» par exemple les couvercles d'obturation des tuyauteries, ou de réaliser l'assemblage de montages 35 spécifiques rendus nécessaires pour des opérations spéciales telles que l'extraction de tubes. Ceci peut

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! - 11 - se faire à l’aide d’instruments appropriés fixés sur la base porte-instrument, par exemple des pinces articulées, des éléments senseurs, des caméras ou.autres.

5 Dans une variante du mode de réalisation de la figure 3, ; le dispositif peut comporter des moyens de verrouillage Γ ' (non montrés) pour bloquer une ou plusieurs des articu- i lations 4, 5C et 8 afin de verrouiller le dispositif

dans une configuration prédéterminée quelconque. Il .10 est ainsi possible, par exemple, de figer le dispositif dans une configuration dans laquelle le bras 5 A est | maintenu perpendiculaire au plan 20 avec le bras 5B

qui s'étend radialement parallèlement au plan 20, ce il qui confère à ce mode d’exécution les avantages du 115 mode d'exécution de la figure 2.

Le montage d'une tête opératoire sur la base porte-instrument 9 peut être réalisé d'une façon quelconque.

La figure 4 illustre à titre d'exemple une disposition 20 avantageuse suivant un autre aspect de l'invention.

Cette disposition permet un ancrage de la base porte-instrument sur une structure de référence de manière ! à solidariser temporairement la base porte-instrument afin de reprendre les efforts qui lui sont appliqués 25 par le fonctionnement d'une tête de travail portée ' par cette base. La base porte-instrument 9 comporte un ergot de support et de guidage 21 destiné à recevoir une douille 22 portant un pivot 23. Un carter I 24 est monté à translation et à rotation sur le pivot j 30 23, ce qui permet au carter 24 de tourner autour du j pivot 23 jusqu'à un angle d'au moins 90°. Il va de j soi que plusieurs ergots et plusieurs douilles peuvent ! être prévus. Le carter 24 comporte des doigts d'ancrage 25 capables de pénétrer dans les tubes 30 de la plaque 35 tubulaire 20. Deux doigts ou plus peuvent être mis en alignement avec n'importe quelle rangée de tubes 30 i » - 12 - grâce à la rotation du carter 24 autour du pivot 23. et ils peuvent être introduits dans des tubes par simple translation verticale du carter 24 sur le pivot 23· Cela assure un ancrage adéquat ce la base 5 porte-instrument; 9 sur la plaque 20 ou une structure de référence quelconque. Du carter 24 est solidaire un support 26 sur lequel est montée une tête opératoire 27, avantageusement montée à translation sur le support 26. La position angulaire du support 26 1.0 autour de l’axe de rotation du carter 24 est ajustable par un moyen quelconque (non représenté). Cette disposition permet ainsi de positionner avec précision et grande souplesse une tête opératoire dans l’axe de n’importe quel tube.

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Dans le cas particulier où l’opération à réaliser sur un tube permet l’ancrage dans ce même tube, le montage de la tête opératoire est évidemment être simplifié en conséquence.

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Puisque, dans l’exemple considéré, la boite à eau est telle que la plaque tubulaire 20 est horizontale et que le trou de visite 12 est situé à un niveau sensiblement inférieur à celui de la plaque tubulaire, la 25 tête opératoire peut reposer par gravité sur la base porte-instrument 9 par l'intermédiaire des douilles 22 placées sur les ergots 21. Dans ce cas, la liaison mécanique peut être aisément interrompue par simple déboîtement des douilles; ce déboîtement est haute-30 ment souhaitable si la tête opératoire reste accidentellement solidaire de la plaque tubulaire 20. La simple rétraction vers le bas de la base porte-instrument 9 permet alors de retirer la majeure partie du dispositif hors de la boîte à eau et de laisser le trou de 35 visite 12 libre pour l’entrée d’un homme ou d'outils spéciaux susceptibles de remédier à cette situation f ί I' - 13 - accidentelle. Le dispositif d’emboîtement/déboîtement mécanique entre douilles 22 et ergots 21 est de préférence complété par un dispositif de connexion/ déconnexion des conduites hydrauliques et/ou pneuma-5 tiques et/ou ci.es câbles électriques alimentant la tête opératoire.

Il est bien entendu que les modes d'exécution décrits dans ce qui précède et/ou illustrés sur les dessins joints sont des exemples typiques mais nullement i limitatifs, diverses variantes pouvant être conçues conformément à l’esprit de l’invention.

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Claims (7)

1. Dispositif pour positionner et maintenir une base porte-instrument en un point quelconque d’un plan de travail, caractérisé en ce qu’il comprend un support rigide (1, 2) portant un pivot (3) ayant son axe de 5 rotation perpendiculaire au plan de travail, un premier bras (5) monté sur. le pivot (3) par l’intermédiaire d'une première articulation (4) ayant son axe de pivotement perpendiculaire à l’axe de rotation dudit pivot (3) , un second bras (6) monté à coulissement sur le 10 premier bras (5)» et une base porte-instrument (9) montée à l'extrémité du second bras (6).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la base porte-instrument (9) est montée sur •?5 ledit second bras (6) par l’intermédiaire d'une seconde articulation (8) ayant son axe de pivotement parallèle à l'axe de pivotement de la première articulation (4) . ;0

3. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le second bras est constitué de deux éléments télescopiques (6,7).

. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications „ ï3 1 à 3, caractérisé en ce que ledit premier bras est constitué de deux éléments (5A, 5B) reliés l'un à l'autre par une articulation (5C) ayant son axe de pivotement parallèle à l'axe de pivotement de ladite première articulation (4). 30

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de verrouillage pour bloquer au moins une desdites articulations afin de figer une configuration prédéterminée. - 15 - ψ

6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la base porte-instrument !(9) porte en outre des moyens d’ancrage (21-25) pour la solidariser temporairement à une structure de 5 référence (20)%

7# Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il comprend des organes de commande des mouvements des éléments l’un par » 10 rapport à l’autre, avec commande à distance# U VDP Γ i 't i ! i ! i i I Ä | F t i !