Arrière plan de l'invention

Domaine de l'invention

La présente invention concerne un dispositif pousseur qui est introduit dans un conduit de stockage et dont la fonction principale est de faire avancer un colis dans le conduit. Une application du dispositif est notamment la mise en stockage de déchets nucléaires en formation géologique profonde.

Le principe de l'invention consiste à pousser un objet, par exemple un colis de stockage de déchets radioactifs, par glissement dans un conduit de stockage horizontal de grande longueur, notamment un conduit de plus de 80 mètres, situé dans un environnement radioactif souterrain, et qui peut donc également être à haute température ambiante, autour de 100°C par exemple.

Arrière plan technologique

Des dispositifs de poussée de colis dans un conduit cylindriques par chaîne pousseuse existent. Leur avantage est d'utiliser une technologie maîtrisée permettant de développer des efforts élevés. En revanche, l'inconvénient est de ne pas pouvoir déployer ce principe sur de grandes longueurs, en particulier plus de 10 mètres.

Une autre technique consiste à introduire un mécanisme robotisé depuis un bâti fixe en tête d'un conduit de stockage, ce mécanisme étant apte à progresser et pousser un colis jusqu'à sa position finale de stockage.

La partie du dispositif qui est introduite dans le conduit est composée d'une structure munie à son extrémité d'un joint gonflable. Une bague mobile, également pourvue d'un joint gonflable, se translate le long de la structure grâce à un vérin axial. La poussée sur le colis est exercée par le vérin axial alors que la reprise de l'effort de poussée est réalisée par des joints gonflables qui s'appuient sur la surface interne du conduit de stockage. L'avancée du robot, de type pas à pas, est assurée par rétractation puis déploiement du vérin de poussée entre deux phases de prise d'appui par les joints gonflables.

Ce système comporte plusieurs inconvénients:

- l'utilisation d'un actionneur linéaire devant effectuer un nombre de cycles de déploiement et de rétractation élevé pour parcourir la longueur du conduit d'où un risque d'échauffement important, demande une maintenance importante et compliquée dans une ambiance chaude;

- l'utilisation de joints gonflables pour assurer la reprise des efforts de poussée qui présentent un risque d'usure rapide ou d'éclatement, et demande un contrôle spécifique de la pression de fonctionnement des joints selon la masse ( et le frottement qui lui est éventuellement lié) de la charge à déplacer;

- la tenue des joints gonflables aux conditions de travail et notamment rayonnement et température proche de 100°C;

- le risque de coincement du système dans le conduit en cas de problème pneumatique, ce dernier risque étant majeur pour la sûreté nucléaire.

Brève description de l'invention

L'objectif de l'invention est la création d'un dispositif pousseur de forte capacité, s'affranchissant de l'utilisation de matériaux sensibles aux fortes températures et ne nécessitant pas une multiplication des actionneurs. De plus ce système doit être facilement évacué du conduit en cas de défaillance.

Plus précisément la présente invention propose un dispositif pousseur, à déplacement par extension-rétraction longitudinale dans un conduit, comportant un module avant et un module arrière chacun pourvu de moyens trotteurs déployables dans une direction perpendiculaire à une direction longitudinale de déplacement du dispositif pousseur et d'un organe actionneur rétractable et extensible disposé entre les deux modules; caractérisé en ce que les moyens trotteurs déployables comportent des bras, portant des patins à une première de leurs extrémités et articulés sur les modules à la seconde de leurs extrémités, lesdits bras étant orientés pour produire un arc-boutement des patins contre une paroi du conduit dans un sens de recul du dispositif.

Avantageusement, l'organe actionneur comporte une bielle et un volant, une première extrémité de la bielle étant articulée sur un premier des modules et une seconde extrémité de la bielle étant articulée sur le volant qui est entraîné par un moteur porté par le second des modules.

Selon un mode de réalisation particulier, le premier des modules est le module avant du dispositif et le second des modules est le module arrière.

Plus particulièrement, les modules comprennent chacun un bâti avant et un bâti arrière reliés par une poutre longitudinale.

Les bras sont préférablement articulés sur les bâtis avant des modules à la seconde de leurs extrémités.

Le dispositif comprend avantageusement des éléments de rappel des moyens trotteurs vers la position déployée.

Plus particulièrement, les éléments de rappel des moyens trotteurs vers la position déployée comprennent des ressorts.

Les ressorts sont préférablement adaptés pour appliquer une force d'appui des patins sur le conduit provoquant un frottement suffisant des patins pour réaliser l'arc-boutement des bras lorsque les modules reculent.

Avantageusement, des biellettes de poussée articulées d'une part sur une bague mobile coulissant sur la poutre longitudinale du module et d'autre part sur les bras des moyens trotteurs, les biellettes formant des tirants articulé sur les bras.

Les ressorts sont préférablement disposés entre le bâti arrière et la bague mobile, les biellettes étant adaptées à écarter ou rétracter les bras et ainsi appliquent plus ou moins fortement les patins contre la paroi du conduit sous l'action des ressorts.

Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif pousseur comporte un dispositif de rétraction des moyens trotteurs adapté à permettre un recul du dispositif dans le conduit.

Le dispositif de rétraction des moyens trotteurs peut avantageusement comporter une élingue dont la direction de traction est une direction de compression des ressorts.

Selon un mode de réalisation particulier, l'élingue se raccorde sur les bagues.

Le dispositif comporte avantageusement un dispositif de préhension d'une charge raccordé à l'avant du module avant et pourvu d'une pince ou d'un écarteur et d'un vérin d'actionnement de mors de la pince ou de l'écarteur configuré pour actionner les mors de la pince dans une position de préhension de la charge.

Le dispositif pousseur comporte préférablement un nez de poussée d'une charge, à l'avant du module avant, pourvu d'un dispositif de lissage d'effort de poussée adapté à se comprimer dans les phases de poussée sur la charge et se détendre en l'absence de poussée.

Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif de lissage comporte avantageusement un ressort.

De manière alternative ou complémentaire, le dispositif de lissage comporte un amortisseur.

Les modules comportent avantageusement des moyens de roulement disposées sur la périphérie des extrémités longitudinales desdits modules.

L'invention concerne en outre un procédé de mise en déplacement d'un dispositif pousseur dans un conduit pour lequel l'extension d'un organe actionneur cause une avancée d'un module avant par glissement de moyens trotteurs du module avant contre la paroi du conduit et une arrêt d'un module arrière par arc- boutement de moyens trotteurs du module arrière contre la paroi et en ce que la rétraction de l'organe actionneur cause une avancée du module arrière par glissement des moyens trotteurs du module arrière contre la paroi du conduit et une arrêt du module avant par arc-boutement des moyens trotteurs du module avant contre la paroi, une succession de rétractions/extensions de l'organe actionneur et du déploiement-rétraction des moyens trotteurs entraînant l'avancée du dispositif.

Préférablement, l'arc-boutement provoque des efforts d'appui radiaux proportionnels à l'effort nécessaire à la poussée du colis. Autrement dit, en phase de progression du module avant. Ceci a pour conséquence que plus le colis est lourd plus la force exercé par les patins arrière est élevée, et le réglage ou adaptation de l'effort de retenue est automatiquement obtenu.

En outre le système est prévu modulaire afin de pouvoir s'adapter aux différents diamètres de conduits via l'adaptation ou le réglage d'un ou plusieurs éléments.

Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront apparents à la lecture de la description qui suit d'un exemple non limitatif de réalisation de l'invention en référence aux dessins qui représentent:

en figure 1 : une vue schématique de côté d'un dispositif selon l'invention; aux figures 2A et 2B: des vues schématiques décrivant le fonctionnement d'un dispositif selon l'invention;

en figure 3: une vue de côté d'un exemple de réalisation d'un module de l'invention;

en figure 4: une vue de côté de l'avant d'un nez de poussée pourvu d' un dispositif de préhension selon une aspect particulier de l'invention;

aux figures 5A et 5B: des vues de côté en coupe du dispositif de la figure 4 selon deux positions de fonctionnement.

Description détaillée de modes de réalisation de l'invention

Un dispositif pousseur selon l'invention est schématisé en figure 1 dans un conduit 100 dans lequel il doit se déplacer en poussant une charge.

Il comporte deux modules roulants 10a, 10b l'un derrière l'autre pour former un module roulant avant et un module roulant arrière.

Chaque module roulant est pourvu d'une poutre longitudinale 14 et de bâtis ou structures porteuses avant et arrière 1 1 , 12 reliés par la poutre longitudinale 14.

Les structures porteuses comportent des roulettes 60. Ces roulettes disposées radialement et écartées de 120° les unes des autres sont disposées sur la périphérie des extrémités longitudinales des modules 10a et 10b. Elles centrent le dispositif dans le conduit et lui permettent de rouler dans ce conduit.

Un dispositif moteur 32 avec actionneur alternatif 30, 31 est disposé entre les modules 10a, 10b. Le dispositif moteur permet d'écarter et de rapprocher les modules ce qui comme il sera vu plus loin permet de faire avancer le dispositif dans le conduit.

Selon la figure 2, le moteur rotatif 32 entraîne un volant 31 entraînant lui même une bielle 30. le volant et la bielle constituent ici l'organe actionneur alternatif 30, 31 rétractable et extensible disposé entre les deux modules.

Cet organe peut éventuellement être remplacé par un vérin à double action (ou double effet) .Le moteur 32 est électrique et ne nécessite qu'une alimentation électrique aisée à réaliser par l'ombilical 70 reliant le dispositif à un poste de commande non représenté.

L'utilisation d'un moteur électrique associé à un système volant/bielle pour assurer la motorisation du dispositif a l'avantage de fournir un mouvement moins saccadé et plus régulier qu'un dispositif utilisant un vérin. Par ailleurs, un moteur électrique est mieux adapté dans un environnement de haute température.

Le moteur 32 est fixé ici sur un bâti 33 lui même fixé à l'avant du module roulant arrière 10b. La bielle s'articule, comme représenté en figure 1 , à l'arrière du module roulant avant 10a au moyen d'un axe ou d'une rotule 30a.

Chaque module comporte au moins un bras 20 articulé sur la structure porteuse avant 1 1 du module et pourvu d'une extrémité libre supportant un patin articulé 21 .

Le dispositif selon la figure 2 comporte trois bras à 120° portant chacun un patin, et deux bras sont représentés et un troisième est caché par la poutre longitudinale 13.

Les bras articulés 20 peuvent s'incliner plus ou moins par rapport à l'axe de la poutre longitudinale 13 des modules et constituent avec les patins 21 de moyens trotteurs déployables dans une direction perpendiculaire à une direction de déplacement du dispositif pousseur. Les moyens trotteurs déployables sont conformés en moyens anti-recul.

Selon l'exemple représenté, les bras sont réalisés à la manière d'ardillons mobiles orientés pour produire un arc-boutement dans le conduit dans un sens de recul du dispositif.

Selon la configuration représentée, les patins 21 au bout de bras 20 glissent en frottant contre la surface interne du conduit lorsque les modules avancent et se bloquent sur la surface du conduit dans un sens de recul des modules.

Des biellettes 34 sont articulées d'une part sur une bague mobile 14 coulissant sur la poutre longitudinale du module et d'autre part sur les bras 20. Les biellettes forment un tirant articulé sur les bras qui permet d'écarter ou de rétracter les bras et ainsi de les appliquer plus ou moins fortement contre la paroi du conduit. Selon l'exemple le dispositif comporte par module trois bras répartis à 120° en alternance angulaire avec les roulettes 60.

Autrement dit, les bras 20 fonctionnent à la manière des baleines d'un parapluie manœuvrées par les biellettes 34, les biellettes permettent d'écarter ou de rétracter le bras par déplacement relatif de la bague mobile 14 par rapport à l'axe longitudinal du module qui est parallèle à la poutre 13.

Des ressorts 33 entre la bague mobile et la structure porteuse arrière 12 des modules contraint les dispositifs biellettes/bras en position écartée ce qui applique les patins 21 sur la paroi du conduit. La force d'appui des patins est réglée au moyen des ressorts 33 pour avoir un frottement suffisant des patins pour réaliser un arc-boutement lorsque les modules reculent.

Comme représenté aux figures 2A et 2B représentant une simplification du dispositif, les ressorts peuvent agir directement sur les bras pour contraindre les patins en contact avec l'intérieur du conduit 100.

Ces figures permettent de comprendre le fonctionnement du système basé sur le principe d'arc-boutement variable, que les bras 20 soient directement mis en poussée par des ressorts 35 ou que les bras soient poussés par le dispositif à biellettes de la figure 1 .

Dans le cas d'un mouvement E de l'actionneur central en écartement des modules comme représenté en figure 2A, un arc-boutement des patins 21 b du module arrière avec une force Fb1 importante et un relâchement des patins 21 a du module avant se produit du fait que les bras 20 des deux modules sont orientés de la même façon.

La poussée de l'arrière vers l'avant du module avant dans la direction d'avancée A1 a ainsi tendance à rétracter les bras 20a et donc permettre le glissement des patins 21 a avants, les patins avants n'appliquant plus sur la paroi du conduit qu'une force Fa1 insuffisante pour retenir le module avant qui glisse vers l'avant. Par contre, la poussée de l'avant vers l'arrière du module arrière dans la direction de recul R1 à tendance à écarter donc à arc bouter les bras 20 b et les patins 21 b arrières qui appliquent une force Fb1 importante interdisant le recul du module arrière 10b.

Dans cette configuration, le module avant peut avancer de la distance d'allongement de l'actionneur soit dans la configuration à volant 21 et bielle 20, d'une distance maximum d'un diamètre du cercle que parcourt l'axe 30b reliant la bielle et le volant.

Si l'actionneur de déplace dans un sens de rapprochement des modules, selon la direction C de la figure 2B, les bras du module avant ont tendance à s'écarter sous l'effort d'arc-boutement des patins avant alors que les bras du module arrière se rétractent sous l'action de traction de l'avant du module arrière. Dans cette configuration le module avant pour lesquels les patins 21 a appliquent une force Fa2 importante sur la paroi se bloque alors que le module arrière pour lesquels la force Fb2 appliquée par les patins 21 b est faible avance de la distance de rétrécissement de l'actionneur soit ici encore un maximum d'un diamètre du cercle que parcourt l'axe 30b.

L'effet d'arc-boutement permet d'avoir des efforts d'appui radial proportionnels à l'effort nécessaire à la poussée du colis. Autrement dit, en phase de progression du module avant, plus le colis est lourd plus la force exercé par les patins arrière est élevée, et le réglage de l'effort de retenue est automatiquement obtenu.

En revanche, en phase de retour du module arrière, les efforts dans les patins avant sont moindres puisqu'ils ne doivent reprendre que les effets induits par la masse de l'ensemble module arrière et ombilical 70.

L'enchaînement de mouvements d'extension-rétraction de l'actionneur central permet donc au dispositif de progresser pas à pas dans le conduit et d'amener le colis à sa position de stockage.

L'actionneur fonctionne ainsi de manière continue. On note qu'à l'amorce de déplacement linéaire (effort nécessaire le plus important: décollement + accélération), l'effet « bras de levier » induit par le système vilebrequin constitué par la bielle et le volant 20, 21 permet de développer des efforts élevés pour un couple de rotation donné. De plus, cela simplifie les automatismes associés à l'actionneur et notamment les capteurs nécessaires à la vérification du bon fonctionnement de l'ensemble.

Ainsi l'extension de l'organe actionneur cause une avancée du module avant par glissement des moyens trotteurs du module avant contre la paroi du conduit et une arrêt du module arrière par arc-boutement des moyens trotteurs du module arrière contre la paroi et la rétraction de l'organe actionneur cause une avancée du module arrière par glissement des moyens trotteurs du module arrière contre la paroi du conduit et une arrêt du module avant par arc-boutement des moyens trotteurs du module avant contre la paroi et une succession de rétractions/extensions de l'organe actionneur et du déploiement-rétraction des moyens trotteurs entraîne l'avancée du dispositif.

Pour permettre son recul dans le conduit, le dispositif pousseur comporte un dispositif de rétraction des moyens trotteurs et des moyens pour tirer le dispositif pousseur en arrière.

Le retour du dispositif pousseur seul ou le retrait d'un colis se fait par l'intermédiaire de l'ombilical en actionnant un enrouleur entraînant une élingue 40 qui va tirer les modules vers l'arrière. L'élingue 40 se raccorde sur les bagues mobiles et la direction de traction T de l'élingue est une direction de compression des ressorts 33 ce qui dégage les patins de la paroi suffisamment pour tirer le dispositif pousseur en arrière.

II est possible de disposer un motoréducteur entre le moteur et le volant.

La fixation des patins sur les bras peut être réalisée au moyen de bagues rotulées permettant de garantir un effort de contact identique sur chaque patin et de s'adapter à la géométrie du conduit.

En réalisation préférentielle, le dispositif comportera deux fois trois galets réglables disposés à 120° pour le guidage du dispositif dans le conduit ou l'alvéole de stockage.

Le nez du dispositif pousseur ou robot est la partie qui vient au contact du colis de stockage. Il comporte un dispositif 50 de préhension de la charge 200.

Le nez comporte un dispositif de lissage d'effort de poussée destiné à limiter les effets dynamiques dus au système roue et bielle, évitant ainsi un phénomène de chocs répétés sur le colis. Ceci est obtenu ici par exemple à l'aide d'un ressort 53 calibré en fonction de la charge et des efforts de frottement de la charge sur le conduit permettant au nez de se comprimer dans les phases de poussée du colis, et de se détendre en repoussant le colis vers l'avant dans les phases où le module avant ne pousse pas le colis.

Le dispositif lisseur d'effort de poussée peut en outre comporter un amortisseur réglé pour diminuer les phénomènes transitoires lors de la mise en mouvement de la charge. En extrémité du nez se trouve une tête de contact reliée à un capteur permettant d'indiquer la présence du colis. Un second capteur situé en bout de structure porteuse, indique la fin de course du nez et pilote ainsi l'arrêt de l'avance du robot.

Selon l'exemple de la figure 4, le dispositif de préhension est raccordé à l'avant du module avant et est pourvu d'un écarteur qui peut aussi être remplacé par une pince.

L'écarteur comporte, selon l'exemple des figures 5A et 5B, des mors 51 et un vérin 52 d'actionnement des mors dans une position de préhension de la charge pour permettre de la ressortir du conduit.

Les trois mors de préhension de l'écarteur fonctionnent en sécurité positive c'est à dire que les mors lâchent le colis en cas de défaillance, articulés et pilotés par le vérin qui est fermé en l'absence d'énergie, permettent d'accrocher le colis en phase de retrait. Une sécurité supplémentaire est prévue afin d'éviter les risques de coincement du vérin qui empêcherait de libérer le colis en cas d'urgence. Pour ce faire, des ressorts de rappel 54 sont disposés entre les mors ou un vérin de secours peut être ajouté pour forcer la fermeture des pinces.

Les moyens de roulement de type roulettes ou galets 60 sont réglables pour permettre de s'adapter aux différents diamètres de conduits par exemple 0620 à 0755 mm. De la même manière, le système étant modulaire, une simple adaptation de la longueur des articulations et des ressorts de placage de la bague mobile, permet de répondre aux différents diamètres de conduits à parcourir par le robot.

L'invention n'est pas limitée à l'exemple représenté et par exemple le nombre de roulettes ou de galets et le nombre de patins peut être différent, de même la position des ressorts de rappel des bras et des biellettes peut varier tout en restant dans le cadre de l'invention.