DOMAINE DE L'INVENTION

L'invention porte sur une tête de coupe à récupération de projections pour sectionner un objet tubulaire comme un tuyau d'alimentation d'un réacteur nucléaire, un tuyau contaminé, ou d'autres types d'objets comme un cylindre de métal ou de plastique, creux ou plein.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE

Le démantèlement de certaines composantes d'un réacteur nucléaire, comme ses tuyaux d'alimentation en vue par exemple de les remplacer pour permettre de prolonger la durée de vie utile du réacteur, est une opération demandant beaucoup de précautions, et nécessite notamment de sectionner les tuyaux pour faciliter leur manipulation, sans libérer de débris ou projections susceptibles de contaminer l'environnement de travail.

Les outils de coupe conventionnels comme les scies électriques commerciales ne sont pas adaptés à une telle opération. Ils sont généralement trop encombrants et ne peuvent pas accéder aux espaces souvent étroits autour des tuyaux. Ils ne sont généralement pas manipulables à distance, par exemple au moyen d'un bras manipulateur. Ils ne sont généralement pas non plus adaptés à pratiquer une coupe précise d'un tuyau ou d'un élément cylindrique ou tubulaire.

Bien que certains outils de coupe puissent être dotés de systèmes d'aspiration des débris et projections, ces systèmes sont généralement rudimentaires et une partie non négligeable des débris et projections est susceptible d'être libérée dans l'environnement. Outre le domaine du nucléaire, des besoins similaires pour couper ou sectionner des tuyaux ou objets tubulaires ou cylindriques en évitant les risques de contamination existent, comme dans le domaine de la construction où les tuyaux peuvent être contaminés au plomb ou au mercure, dans le domaine de l'industrie chimique et pétrochimique où les tuyaux peuvent être contaminés par différents agents chimiques nocifs, et dans le domaine de l'industrie médicale et biochimique où les tuyaux peuvent être utilisés pour acheminer certains agents biologiques pathogènes.

SOMMAIRE

Un objet de la présente invention est de proposer une tête de coupe permettant de sectionner tour à tour plusieurs tuyaux d'alimentations d'un réacteur nucléaire tout en récupérant les projections afin d'éviter une contamination radioactive dans l'environnement.

Un autre objet de la présente invention est de proposer une telle tête de coupe qui peut avoir une configuration compacte permettant de l'utiliser dans des endroits serrés.

Un autre objet de la présente invention est de proposer une telle tête de coupe qui peut avoir une configuration apte à être montée au bout d'un bras manipulateur.

Un autre objet de la présente invention est de proposer une telle tête de coupe qui a une efficacité améliorée de récupération des débris et projections résultant de la coupe.

Un autre objet de la présente invention est de proposer une telle tête de coupe qui peut également servir à sectionner d'autres genres d'objets tubulaires ou cylindriques, creux ou pleins. Selon un aspect de la présente invention, il est proposé une tête de coupe à récupération de projections pour sectionner un objet tubulaire, comprenant: un bâti ayant une ouverture définissant une zone de coupe destinée à recevoir l'objet tubulaire transversalement; un organe de préhension pour agripper l'objet tubulaire et fixer une position de l'objet tubulaire par rapport au bâti lorsque l'objet tubulaire est engagé dans la zone de coupe; un organe de coupe ayant une lame pour couper l'objet tubulaire, et un moteur couplé à la lame pour l'entraîner en opération; un organe d'avance de la lame guidant l'organe de coupe de manière à varier une profondeur de coupe de la lame à travers la zone de coupe; un organe de scellement ayant des membres s'étendant autour de la zone de coupe et formant une chambre autour d'une portion de l'objet tubulaire lorsque l'objet tubulaire est engagé dans la zone de coupe pour contenir les projections produites par la lame lors d'une coupe de l'objet tubulaire; et un conduit d'aspiration communiquant avec la chambre pour aspirer les projections contenues dans la chambre et les acheminer vers une sortie de récupération des projections disposée à distance par rapport à la zone de coupe.

DESCRIPTION BRÈVE DES DESSINS

Une description détaillée des réalisations préférées de l'invention sera donnée ci-après en référence avec les dessins suivants, dans lesquels les mêmes numéros font référence à des éléments identiques ou similaires:

Figure 1 est une vue schématique éclatée en perspective d'une tête de coupe à récupération des projections selon la présente invention.

Figure 2 est une vue schématique en perspective du dessous de la tête de coupe. - A -

Figure 3 est une vue schématique en perspective du dessus de la tête de coupe.

Figure 4 est une vue schématique en perspective d'un organe de préhension de la tête de coupe.

Figure 5 est une vue schématique de dessous d'une zone de coupe illustrant des positions préférées pour des tuyaux ayant différents diamètres.

Figure 6 est une vue schématique en perspective d'un chariot d'un organe d'avance de la tête de coupe.

Figure 7 est une vue schématique en perspective d'un organe de coupe de la tête de coupe.

Figure 8 est une vue schématique éclatée partielle en élévation d'un ensemble de fixation de la lame de l'organe de coupe.

Figures 9 et 10 sont des vues schématiques partielles en perspective d'une partie supérieure d'un organe de scellement de la tête de coupe, sans et avec un tuyau à sectionner.

Figure 1 1 est une vue schématique partiellement éclatée en perspective d'un organe de scellement de la tête de coupe.

Figure 12 est une vue schématique partielle d'un mécanisme d'actionnement des mâchoires de l'organe de scellement.

Figure 13 est une vue schématique en perspective d'un bâti de la tête de coupe. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES RÉALISATIONS PRÉFÉRÉES

Tel qu'utilisé dans le cadre de cette divulgation, l'expression "objet tubulaire" correspond à tout objet de forme tubulaire, creuse ou pleine (e.g. cylindrique), ayant une section transversale ronde, carrée ou autre.

En référence aux Figures 1 , 2 et 3, il est montré une construction de la tête de coupe à récupération de projections pour sectionner un objet tubulaire 2, tel qu'illustré à la Figure 10, selon l'invention. La tête de coupe permet en outre de contrôler et récupérer les projections résultant d'une opération de coupe avec une lame 4, telle une lame de scie circulaire, afin de pouvoir sectionner des objets sans libérer de débris dans l'environnement.

La tête de coupe comprend un bâti 6 ayant une ouverture 8 définissant une zone de coupe destinée à recevoir l'objet tubulaire 2 transversalement. Pour réaliser une opération de coupe propre, la tête de coupe comprend aussi différents organes mécaniques, soit un organe de préhension 10, un organe de coupe 12, un organe d'avance 14 de la lame 4, et un organe de scellement 16.

Le bâti 6 a de préférence une forme plate et une portion frontale comportant l'ouverture 8. La lame s'étend alors dans un plan longitudinal du bâti 6.

L'organe de préhension 10 est monté sur le bâti 6 pour agripper l'objet tubulaire 2 et fixer une position de l'objet tubulaire 2 par rapport au bâti 6 lorsque l'objet tubulaire 2 est engagé dans la zone de coupe.

L'organe de coupe 12 comprend la lame 4, qui doit être apte à couper l'objet tubulaire 2, et un moteur 15 couplé à la lame 4 pour l'entraîner en opération. Dans le cas illustré, le moteur 15 peut être couplé de manière à ajuster la rotation de la lame 4.

L'organe d'avance 14 est monté sur le bâti 6 et est capable de déplacer l'organe de coupe 12 de manière à varier une profondeur de coupe de la lame 4 à travers la zone de coupe. L'organe d'avance 14 permet ainsi d'effectuer une coupe à taux d'enlèvement constant de métal ou autre matière.

L'organe de scellement 16 est monté sur le bâti 6 et a des membres 18, 20 s'étendant autour de la zone de coupe pour former une chambre autour d'une portion de l'objet tubulaire 2 lorsque l'objet tubulaire 2 est engagé dans la zone de coupe afin de contenir les projections produites par la lame 4 lors d'une coupe de l'objet tubulaire 2. L'organe de scellement 16 permet donc de sceller l'ouverture 8 du bâti 6 autour de l'objet 2 (ou cylindre) à couper.

La tête de coupe comprend également un conduit d'aspiration 22 (mieux vue à la Figure 13) communiquant avec la chambre définie par les membres 18, 20 de l'organe de scellement 16, pour aspirer les projections contenues dans la chambre et les acheminer vers une sortie de récupération 24 des projections disposée à distance par rapport à la zone de coupe. Ainsi, au moment de la coupe, les particules ou projections sont maintenues captives et récupérées par un système d'aspiration (non illustré) couplé à la sortie de récupération 24.

La tête de coupe peut être dotée d'une interface de type connecteur rapide 26 faisant le lien entre la tête de coupe et un bras manipulateur (non illustré). Les opérations de la tête de coupe peuvent être contrôlées par un logiciel via un circuit électronique (non illustré) monté ou non dans la tête de coupe, connecté et opérant deux moteurs électriques 15, 28 et quatre cylindres pneumatiques

30, 31 , 33, 35. Le connecteur 26 peut à cet effet avoir une interface de communication pour recevoir des signaux de contrôle destinés aux organes de préhension 10, de coupe 12, d'avance 14 et de scellement 16.

À l'exception de l'organe de coupe 12 qui est monté sur l'organe d'avance 14, l'ensemble des organes mécaniques 10, 14, 16 de la tête de coupe sont fixés sur le bâti 6 (directement ou par l'entremise de pièces intermédiaires si voulu) qui peut servir de boitier à la tête de coupe. Dans le cas illustré, le bâti 6 donne de la rigidité à la tête de coupe en plus de retenir les projections. En référence à la Figure 4, l'organe de préhension 10 est utilisé pour fixer temporairement la tête de coupe à l'objet 2 à sectionner. L'organe de préhension 10 permet de stabiliser la coupe et d'éviter de solliciter indûment le bras manipulateur (non illustré). De plus, il permet de positionner l'objet 2, e.g. un tuyau, dans l'organe de scellement 16 (illustré par exemple à la Figure 1 ) et de le manipuler après la coupe.

L'organe de préhension 10 comporte une pince 32 s'étendant au dessous de l'ouverture 8 du bâti 6 (tel qu'illustré à la Figure 2) et ayant des mâchoires 34, 36 opérables entre une position d'ouverture laissant l'objet tubulaire 2 s'engager dans la zone de coupe, et une position de préhension dans laquelle les mâchoires 34, 36 exercent une pression contre l'objet tubulaire 2 de manière à l'assujettir par rapport au bâti 6. Des cylindres pneumatiques 33, 35 sont couplés aux mâchoires 34, 36 de manière à opérer la pince 32 entre les positions d'ouverture et de préhension.

De préférence, les mâchoires 34, 36 ont des têtes présentant des faces intérieures dotées de coussinets 38, 40 et infléchies l'une vers l'autre pour s'adapter au moins en partie à un pourtour de l'objet tubulaire 2 à sectionner.

Les mâchoires 34, 36 peuvent avantageusement avoir des bras pivotants 35, 37 qui s'entrecroisent pour faciliter le positionnement des pivots 39, 41 , 43, 45 des mâchoires 34, 36 de manière à ce que la position de préhension des mâchoires 34, 36 s'avance vers l'avant de la zone de coupe à mesure que l'objet tubulaire 2 à saisir a un diamètre réduit, assurant ainsi un positionnement de l'objet tubulaire 2 vers une partie avant de l'organe de scellement 16 quel que soit son diamètre, tel qu'illustré à la Figure 5.

La trajectoire des mâchoires 34, 36 sera dictée par la longueur des faces intérieures des mâchoires 34, 36 de la pince 32 et la position de leurs pivots 39, 41 , 43, 45. Afin de répondre aux contraintes reliées à l'environnement de coupe et selon la configuration illustrée de l'organe de scellement 16, il est préférable que le tuyau 2 soit positionné sur la partie avant de la zone de coupe le plus tangentiellement possible à la circonférence ou le pourtour de la zone de coupe. La Figure 5 illustre les positions qu'un tuyau 2 prendra pour des diamètres de tuyau de 4,000, 2,875 et 1 ,900 pouces (10,16, 7,30 et 4,83 cm) respectivement. Le positionnement des pivots 39, 41 , 43, 45 illustré engendre une erreur de positionnement inférieure à 1/16 pouce (approx. 1 ,5 mm).

Chacune des mâchoires 34, 36 de la pince 32 est actionnée par le cylindre pneumatique 33, 35 correspondant. Les cylindres pneumatiques 33, 35 ont des extrémités montées de manière pivotante et forcent l'ouverture et la fermeture des mâchoires 34, 36.

En référence à la Figure 6, l'organe d'avance 14 peut avantageusement être composé d'un mécanisme ayant un siège mobile 60 monté sur des chariots à billes 62, 64 qui coulissent sur des rails 66, 68 espacés l'un de l'autre. L'organe de coupe 12 (tel qu'illustré à la Figure 1 ) est monté sur le siège mobile 60. Les rails 62, 64 sont montés entre des membres supports 74, 76 fixés au bâti 6 (tel qu'illustré à la Figure 1 ) et guident un déplacement du siège mobile 60 par rapport au bâti 6 de manière à déplacer la lame 4 transversalement par rapport à la zone de coupe et varier la profondeur de coupe de la lame 4 dans la zone de coupe. D'autres mécanismes de guidage du siège mobile 60 peuvent être utilisés si voulu.

Le siège 60 est actionné par le moteur électrique 28 via un mécanisme de transmission 69 couplé à une vis 70, afin de déplacer le siège 60 le long des rails 66, 68. Le moteur 28 est contrôlé en vitesse et régularise le taux d'enlèvement de métal ou autre matériau dont le tuyau 2 est fait. Ce type de contrôle limite les fluctuations de contraintes dans l'organe de coupe 12 (tel qu'illustré à la Figure 1 ) qui peuvent être à la source d'une dégradation accélérée de la lame 4 et de certaines irrégularités lors de la coupe.

Le mécanisme de l'organe d'avance 14 illustré est capable de fournir une force d'avance considérable. L'utilisation d'une telle puissance permet une stabilité dans le mouvement sans toutefois affecter significativement le poids de la tête de coupe.

L'organe d'avance 14 peut être doté de deux capteurs 72, 73 pour détecter des positions de début et de fin de course du siège mobile 60. Les capteurs 72, 73 sont fixés respectivement sur le membre support 74 du moteur d'avance et sur le siège mobile 60. Ainsi, un contact du siège mobile 60 contre le capteur 72 signalera que le siège mobile 60 est en début de course, alors qu'un contact du capteur 73 contre le membre support 76 signalera que le siège mobile 60 est en fin de course. Le capteur 72 permet notamment une calibration et une initialisation du système. Le capteur 73 quant à lui peut être utilisé pour valider que le siège mobile 60 a atteint la position de fin de course correspondant à la profondeur de coupe maximale. Tout autre arrangement de détection de début et de fin de course du siège mobile 60 peut être utilisé si voulu.

En référence à la Figure 7, l'organe de coupe 12 fait partie du cœur de l'ensemble. Dans le cas de tuyaux d'alimentation de centrales nucléaires, l'outil qui est préconisé pour la coupe est une lame 4 à scie circulaire conçue pour l'acier. L'organe de coupe peut avantageusement comprendre un arbre tournant 82, un ensemble d'entraînement avec tendeur 84 couplant le moteur 15 à l'arbre tournant 82, et un arrangement de fixation radiale 86 de la lame 4 sur l'arbre tournant 82. Le moteur 15 entraine la lame 4 au moyen de deux poulies 78, 80. Le rapport d'entrainement est de préférence ajusté pour obtenir une plage optimale de vitesse d'opération à la puissance maximale du moteur 15. Le système de tendeur 84 est intégré au bâti 90 de l'organe de coupe 12 pour faciliter l'installation de la courroie 88 et compenser l'étirement possible que la courroie 88 peut subir avec le temps. Le bâti 90 est monté sur et entrainé par l'organe d'avance 14 (tel qu'illustré à la Figure 1 ) décrit précédemment.

En référence à la Figure 8, l'arrangement de fixation 86 de la lame 4 comporte une bride 87 se montant au bout de l'arbre 82, et un ensemble de vis 89, 91 (ou autres éléments de fixation similaires) fixant la lame 4 à la bride 87 et la bride 87 à l'arbre 82. Un tel montage permet en outre de limiter l'épaisseur de la tête de coupe. La bride 87 permet de centrer la lame 4 et sert de lien mécanique entre l'arbre 82 et la lame 4. D'autres genres de montages de la lame 4 à l'arbre 82 peuvent être utilisés si voulu.

En référence à la Figure 1 1 , les membres 18, 20 de l'organe de scellement 16 comportent des mâchoires mobiles 96, 98 opérables entre une position ouverte, telle qu'illustrée sur cette Figure, laissant l'objet tubulaire 2 (tel qu'illustré dans la Figure 10) s'engager dans la zone de coupe, et une position fermée, telle qu'illustrée aux Figures 9 et 10, dans laquelle les mâchoires 96, 98 s'étendent autour de l'objet tubulaire 2 lorsqu'il est engagé dans la zone de coupe. Les mâchoires 96, 98 ont des faces frontales complémentaires 100, 102 formant, lorsque les mâchoires 96, 98 sont en position fermée, une paroi fermant un espace frontal de l'ouverture 8 du bâti 6 (tel qu'illustré à la Figure 1 ). Les mâchoires 96, 98 peuvent être reliées ensembles par une tige 99 pour qu'elles soient interdépendantes et pivotent en harmonie.

En référence aux Figures 9 et 10, pour effectuer le scellement du bâti 6 (agissant comme garde de la lame 4) autour du tuyau 2, la tête de coupe utilise des membranes 104 élastiques (seule la membrane 104 supérieure est illustrée), de préférence en caoutchouc. Les membranes 104 s'étendent entre les mâchoires 96, 98 au dessus et en dessous de l'ouverture 8 du bâti 6 (tel qu'illustré à la Figure 1 ). Les membranes 104 peuvent être fixées aux mâchoires 96, 98 à l'aide d'inserts de fixation 108, 1 10, 1 12 (illustrés à la Figure 1 1 ). Les membranes 104 s'étendent de préférence près de la lame 4.

Les membranes 104 ont des dégagements 106 laissant l'objet tubulaire 2 s'engager dans la zone de coupe lorsque les mâchoires 96, 98 sont en position ouverte et scellant des espaces supérieur et inférieur de l'ouverture 8 du bâti 6 autour de l'objet tubulaire 2 lorsque l'objet tubulaire 2 est engagé dans la zone de coupe et les mâchoires 96, 98 sont en position fermée.

Cet arrangement a l'avantage d'être adaptatif, très résistant, passif et facile d'utilisation. Le caoutchouc naturel résiste à la chaleur susceptible d'être dégagée par les projections et n'est pas sensible aux déchirures. Les membranes 104 doivent cependant être suffisamment épaisses pour éviter, lorsque l'aspiration est en marche, que les membranes 104 entrent en contact par succion avec la lame 4.

Les dégagements 106 s'étendent de préférence à travers des portions avant des membranes 104. Une telle position des dégagements 106, sur le milieu avant des membranes 104, permet une répartition plus uniforme des plis 107 lorsque les membranes 104 sont en fonction. De plus, elle permet de limiter le facteur de déformation relative et facilite l'ouverture des mâchoires 96, 98.

La géométrie des mâchoires 96, 98 illustrées est optimisée de façon à limiter l'encombrement lors de l'ouverture. Un positionnement judicieux des pivots 1 14, 1 16 permet de limiter l'excroissance des mâchoires 96, 98 à moins de ^Z A pouce (1 ,9 cm). Cette caractéristique permet de faciliter le déplacement de la tête de coupe dans un espace limité.

En référence à la Figure 12, l'organe de scellement 20 comprend un mécanisme d'actionnement 1 18 des mâchoires 96, 98 apte à les opérer en position ouverte et en position fermée. Le mécanisme d'actionnement 1 18 peut avantageusement être constitué des vérins pneumatiques 30, 31 couplés aux mâchoires 96, 98 et aptes à les pousser et tirer sélectivement vers les positions ouverte et fermée (un seul des vérins 30, 31 est illustré dans la Figure, l'autre étant illustré par exemple dans la Figure 1 ). L'utilisation des vérins pneumatiques 30, 31 permet de réduire considérablement les dimensions du mécanisme d'actionnement 1 18 en comparaison avec d'autres types d'actionneurs tels qu'électriques. La source d'énergie pneumatique est en outre propre et facilement disponible.

En référence à la Figure 13, le conduit d'aspiration 22 s'étend de préférence à travers le bâti 6 et la sortie 24 de récupération des projections débouche sur une face arrière du bâti 6. La sortie 24 de récupération peut avantageusement être dotée d'une volute d'aspiration 122 facilitant le couplage à un système d'aspiration (non illustré) tel qu'un aspirateur industriel. Le conduit d'aspiration 22 a une fente d'entrée 124 communiquant avec une face latérale de la chambre sensiblement vis-à-vis la zone de coupe et s'étendant vers l'avant de la zone de coupe. Le conduit 22 a de préférence une section transversale diminuant graduellement de la chambre vers la sortie 24 de récupération. En d'autres mots, l'espace à l'intérieur du bâti 6 menant de la zone de coupe à la volute d'aspiration 122 s'épaissit de manière à créer un conduit (ou canal) qui dirige les copeaux vers la volute 122.

Une caractéristique du bâti 6 est de minimiser l'espace libre entre la lame 4 (telle qu'illustrée à la Figure 1 ) et le corps du bâti 6. En plus d'accélérer la circulation d'air à l'intérieur du bâti 6, cela permet d'utiliser la lame 4 comme moyen mécanique pour déloger les débris.

La disposition et le positionnement de l'entrée d'air 125 du conduit 22 peut avoir un certain intérêt tout dépendant de la configuration de la tête de coupe. Dans le cas illustré, l'entrée d'air 125 est préférablement positionnée aussi près que possible en amont de la zone de coupe. Cette disposition favorise l'écoulement d'air dans la zone de coupe et permet d'entrainer la majorité des particules avec le jet d'air. L'aire de l'entrée d'air 125 est préférablement de dimension identique à l'aire de la volute d'aspiration 122 afin de conserver la vitesse d'écoulement.

Des modifications peuvent être apportées à la configuration de la tête de coupe en fonction de son usage prévu. Par exemple, dans les cas où l'épaisseur de la tête de coupe n'est pas un facteur critique, la configuration et le fonctionnement de l'organe de coupe 12 peuvent alors s'apparenter à ceux d'une scie sauteuse. En pareil cas, la lame de l'organe de coupe 12 serait alors disposée de manière à se projeter complètement au travers de la zone de coupe, et l'organe d'avance 14 serait alors arrangé pour déplacer la lame latéralement dans la zone de coupe plutôt que vers l'avant. Le conduit 22 pourrait prendre la forme d'un tuyau d'aspiration disposé à l'extérieur du bâti 6, préférablement le longeant, plutôt que d'être intégré au bâti 6. L'organe d'avance 14 peut également prendre d'autres formes notamment si la vitesse et la puissance d'avance ne sont pas des facteurs importants à respecter, selon le type de matériau à couper. Par exemple, le siège mobile 60 pourrait être monté dans des glissières et son déplacement pourrait être réalisé au moyen d'un système d'engrenages approprié. Selon les caractéristiques du moteur 15, celui-ci pourrait être intégré au bâti 90 de l'outil de coupe 12. L'organe de préhension 10 peut aussi prendre d'autres formes. Par exemple, les mâchoires 34, 36 de la pince 32 peuvent être articulées différemment, et leur actionnement peut être effectué au moyen d'un ou plusieurs moteurs électriques au lieu des cylindres pneumatiques 33, 35 si voulu. L'organe de préhension 10 peut être combiné à l'organe de scellement 16 si voulu, par exemple en étant monté sur l'organe de scellement 16 ou être intégré à l'organe de scellement 16 qui serait alors doté d'éléments de préhension (non illustrés) remplissant le rôle des mâchoires 34, 36. Différents types d'actionneurs, e.g. électriques, hydrauliques, peuvent être utilisés au lieu des vérins/cylindres pneumatiques 30, 31 , 33, 35 si voulu. Au lieu de membranes 104 élastiques, l'organe de scellement 16 peut par exemple comporter un mécanisme à diaphragme (non illustré) composé d'un assemblage de lamelles mobiles permettant de régler le diamètre de l'ouverture, ou un mécanisme à carrousel composé d'une lamelle percée de plusieurs trous de diamètres différents et mobile de manière à permettre un certain réglage. D'autres modifications peuvent être apportées aux organes de la tête de coupe en autant que ces modifications fournissent les fonctions utiles décrites ci-dessus.