EP0090691A1 - Buse de sablage à jet plat et contenant des particules solides abrasives - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a sandblasting nozzle with a flat jet and containing abrasive solid particles.
- It relates in particular to a blasting nozzle with water under high or very high pressure used for cleaning surfaces that are heavily fouled or covered with oxides, paint, various deposits. It also relates to a method of implementing a sandblasting nozzle for radioactive decontamination.
- a sandblasting device of this type includes an inlet device which generates a jet inside a vacuum chamber.
- a pipe which brings a mixture of air and abrasive also opens into this room. The vacuum allows the suction of the abrasive which is then incorporated into the water of the jet.
- the water is injected along the axis of the sandblasting device and the abrasive supply line opens laterally into the vacuum chamber.
- This embodiment allows a reduced size, a simple implementation and a high concentration of the water jet.
- the pipe for supplying the abrasive particles is disposed in the axis of the device and one or more ejection nozzles are arranged laterally with respect to this pipe.
- Three, four or six nozzles with cylindrical nozzles are arranged annularly and converge towards a point located towards the outlet of the sandblaster.
- This arrangement has the advantage of exposing the walls of the outlet nozzle little to the action of abrasive particles, because the mixed jet is not homogeneous. In fact, the particles are concentrated essentially in the center of the jet. In addition, the impact of the jet on the part to be cleaned is distributed over a larger surface.
- the previously known sandblasting devices have a circular trace on the part to be cleaned when its surface is presented perpendicular to the jet, semi-elliptical when this surface is presented at a lower angle of incidence. at 90 °: in the latter case the ejected abrasives have a degressive action inversely proportional to the distance from the sandblaster to the object being treated: erosion will be greater at the top of the half-ellipse.
- the present invention relates to a sandblasting nozzle which provides a flat jet and containing abrasive particles, which allows the cleaning of larger surfaces without requiring the setting in parallel with several circular jet sandblasting devices.
- the nozzle from the in - vention for the decontamination of radioactive parts by means of a jet formed from a mixture of water and abrasive particles characterized in that it comprises an input device known type, capable of generating a single jet of flat water, with an opening angle a in the plane of the jet, inside a vacuum chamber, an outlet member having, in planes perpendicular to the jet flat, two diverging side walls substantially of opening ⁇ and, on either side of the flat jet, two converging walls forming an angle ⁇ , said outlet member forming an integral part of the vacuum chamber, and the combination of angles a and ⁇ and of the section of the outlet orifice being defined so that there occurs in the chamber a sufficient depression entraining the abrasive particles and orienting them so that the bombardment of the walls and of the outlet member is nonexistent when the regularity of the grains of abra sifs is constant.
- the subject of the invention is a method of using a sandblasting nozzle for radioactive decontamination, characterized in that abrasive particles soluble in water are used.
- these abrasive particles are made of boron trioxide.
- the inventor has shown that it was possible provided that suitable process parameters and adaptable structures were adopted, making it possible to obtain high flow rates and to avoid the risks of blockage of the pipes.
- Figures 1 and 2 There is shown in Figures 1 and 2 a first embodiment of a sandblasting nozzle 2 produced according to the invention.
- Figure 1 is a sectional view of this sandblasting nozzle
- Figure 2 is a perspective view of the outlet member which is an integral part of the sandblasting nozzle.
- the nozzle 2 comprises a body 4 of cylindrical shape. Inside the body 4 there is a circular chamber 6 which has a cylindrical part drique prolonged by a conical part which widens. The angle of the conical part 8 is approximately equal to the ejection angle of the flat jet nozzle 18. At one end of the body 4 is made an internal thread in which the inlet block 10 is screwed high pressure water. The block 10 is immobilized with respect to the body 4 by a lock nut 12 "An internal thread 14 allows the connection of the connector of the high pressure water supply pipe (not shown). This pipe brings the water into the internal channel 16 which itself opens onto an ejection nozzle 18 screwed into the block 10. The nozzle 18 has an outlet orifice 20.
- the section of this orifice is determined so as to produce a flat jet. Ejection of this kind is known.
- SOCOFREN markets ejection nozzles which can be used to carry out the invention.
- the ejection nozzle 18 is screwed onto the inlet block 10.
- a lock nut 22 makes it possible to block it in rotation relative to the body 10.
- An O-ring 24 seals between the body 10 and the ejection nozzle 18.
- the outlet member 26 At the other end of the body 4 is the outlet member 26. It is screwed onto an external thread of the body 4. It has for this purpose a knurled portion 26a. A lock nut 28 ensures its locking in rotation relative to the body 4.
- the outlet member 26 which has two diverging side walls, substantially opening a, located in planes perpendicular to the flat jet and two converging walls 26c forming an angle P.
- the interior 9 of the outlet member 26 integral part of the vacuum chamber.
- the sanding device 2 also includes a pipe 29 for supplying the abrasive particles.
- the pipe 29 is terminated by an inlet connector 30 screwed onto the body 4.
- the connector 30 opens out inside the suction chamber 6. It is arranged, in the embodiment of FIG. 1, perpendicularly to the longitudinal axis of the body 4.
- the combination of the angles a and ⁇ and of the section of the outlet orifice 26 are defined so that there is a sufficient vacuum in the chamber which entrains the abrasive particles and directs them so that the bombardment of the walls and the outlet member is nonexistent when the regularity of the abrasive grains is constant.
- the abrasive particles are introduced via line 29 carrying a gas-abrasive particle mixture, the gas possibly being air.
- the ejection nozzle 18 and the outlet member 26 must be positioned angularly with respect to each other, so that the flat jet is aligned with the orifice of the member 26. This angular positioning can be easily carried out by means of the locknuts 22 and 28 which make it possible to block the ejection nozzle 18 and the outlet member 26 respectively in any position.
- the pressurized water is brought through the nozzle 20 of the ejection nozzle 18 inside the vacuum chamber 6.
- This vacuum allows the suction, inside the chamber 6, of the mixture of air and abrasive particles brought in through line 28.
- the abrasive particles get mixed gent to the water jet and the mixed jet, that is to say the air-solid particles-water mixture, passes through the outlet nozzle 26.
- the ejection nozzle 18 of known embodiment gives a flat jet.
- the thinner plane of the outlet member 26 approximately coincides with the median plane of the high pressure flat water jet.
- the interior of the outlet member 26 is an integral part of the vacuum chamber 6.
- an additional part comprising a cavity forming an elbow allows the fitting of a connection inlet for the mixture.
- This part is fixed, for example by screws, to the body 4.
- This added part has a long resistance to wear by abrasion in the elbow, due to the thickness of its walls.
- FIG. 3 shows a second improved embodiment of the sanding device of the invention.
- This sanding nozzle 102 differs from the sanding nozzle 2 shown in FIG. 1 in that the supply line for the air-abrasive particle mixture is disposed in the axis of the body 104, while the ejection nozzle 118 , which is unique, is arranged laterally to this pipe.
- the parts which have the same function as that of the nozzle 2 in FIG. 1 have been designated by the same reference numbers increased by 100. Their description will therefore not be repeated in detail.
- the angle formed by the median plane of the flat water jet delivered by the nozzle 120 and the axis of the supply line for the air-solids mixture must be as small as possible.
- the arrival of water under high pressure is done by the cylindrical body 104.
- This supply pipe is fixed in this body 104 to the thread 114.
- a conduit 116 brings the water under high pressure to the ejection nozzle 118 screwed into the body 104.
- a lock nut 122 allows the rotational positioning of the ejection nozzle 118. It is thus possible to position this nozzle so that the longitudinal axis of the nozzle 120 is aligned with the orifice of the outlet member 126.
- the angular position of the nozzle 122 can be adjusted by means of a lock nut 112.
- the vacuum chamber essentially consists of the interior 109 of the member 126.
- the wall 126b of the outlet member 126 is substantially parallel to the median plane of the flat jet coming from the ejection nozzle 118.
- the wall 126b ' is substantially parallel, in turn, to the axis of the air-abrasive particles mixture from insert 132.
- the embodiment of Figure 3 has a double advantage.
- the arrival of the air-abrasive particles mixture takes place axially without pressure loss by taking advantage of the initial speed of the mixture.
- the angle between the axis of the supply line of the air-abrasive particles mixture and the axis of the water jet is small (less than 15 °). This eliminates the risk of clogging.
- the axial arrival of the air-solids mixture makes it possible to use a forced supply of compressed air which increases the possibilities of transporting the abrasive particles as well as the speed of ejection of the final air-water-solid particles mixture.
- the sanding nozzle of the invention described with reference to the figures has been designed so as to minimize the risk of clogging. These are particularly important when the solid abrasive used is a soluble abrasive such as boron trioxide B 2 O 3 , which is particularly advantageous in radioactive decontamination.
- the abrasive particles are in solid form during the sanding operation, which allows them to fulfill their role of abrasive. They then dissolve in water. This makes it possible to separate, by filtering, on the one hand, the metallic particles originating from the removal of the contaminated layer and, on the other hand, the water containing abrasive particles that have been dissolved. Solid particles, metallic or otherwise, are treated, then conditioned and stored. The effluents are treated before their rejection by possible recycling.
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Abstract
Description
- La présente invention a pour objet une buse de sablage à jet plat et contenant des particules solides abrasives.
- Elle se rapporte en particulier à une buse de sablage à eau sous haute ou très haute pression utilisée pour le nettoyage de surfaces fortement en-crassées ou recouvertes d'oxydes, de peinture, de dépôts divers. Elle a également pour objet un procédé de mise en oeuvre d'une buse dé sablage pour la décontamination radio-active.
- Pendant le fonctionnement de centrales nucléaires, et des unités de retraitement des combustibles nucléaires certains éléments sont exposés à un rayonnement. Une pellicule radioactive mince se forme sur la surface de ces éléments et il est néCessaire d'éliminer cette pellicule. Ceci ne peut être obtenu par l'utilisation d'eau sous pression seule, car cette dernière ne permet pas l'élimination des oxydes. On utilise donc des dispositifs de sablage à eau sous haute pression dans lesquels le jet d'eau contient des particules abrasives. Un dispositif de sablage de ce type comporte un dispositif d'entrée qui engendre un jet à l'intérieur d'une chambre à dépression. Une canalisation qui amène un mélange d'air et d'abrasif débouche également dans cette chambre. La dépression permet l'aspiration de l'abrasif qui est alors incorporé dans l'eau du jet.
- Les dispositifs de sablage connus de ce type sont réalisés de deux manières possibles.
- Selon un premier type, l'eau est injectée selon l'axe du dispositif de sablage et la canalisation d'amenée de l'abrasif débouche latéralement dans la chambre à dépression. Cette réalisation permet un encombrement réduit, une réalisation simple et une grande concentration du jet d'eau.
- Cependant, un inconvénient de ce dispositif est que la totalité du jet mixte air-solide-eau a un effet abrasif sur la buse de sortie ; pour en limiter les effets, celle-ci doit être réalisée dans la masse en un matériau très dur,. comme le carbure.
- Selon un deuxième type de réalisation possible, la canalisation d'amenée des particules abrasives est disposée dans l'axe du dispositif et une ou plusieurs buses d'éjection sont disposées latéralement par rapport à cette canalisation. Trois, quatre ou six buses à ajutages cylindriques sont disposées annulairement et convergent vers un point situé vers la sortie du sableur. Cette disposition présente l'avantage d'exposer peu les parois de la buse de sortie à l'action des particules abrasives, parce que le jet mixte n'est pas homogène. En effet, les particules sont concentrées essentiellement au centre du jet. En outre, l'impact du jet sur la pièce à nettoyer est réparti sur une surface plus importante.
- Toutefois, quel que soit le mode de réalisation envisagé, les dispositifs de sablage connus antérieurement présentent une trace circulaire sur la pièce à nettoyer lorsque sa surface est présentée perpendiculairement au jet, semi-elliptique lorsque cette surface se présente sous un angle d'incidence inférieur à 90° : dans ce dernier cas les abrasifs éjectés ont une action dégressive inversement proportionnelle à la distance du sableur à l'objet traité : l'érosion sera plus importante au sommet de la demi-ellipse.
- La présente invention a pour objet une buse de sablage qui fournit un jet plat et contenant des particules abrasives, ce qui permet le nettoyage de surfaces plus importantes sans nécessiter la mise en parallèle de plusieurs dispositifs de sablage à jet circulaire.
- A cette fin, la buse de sablage de l'in- vention pour la décontamination de pièces radioactives au moyen d'un jet formé d'un mélange d'eau et de particules abrasives se caractérise en ce quelle comporte un dispositif d'entrée de type connu, apte à engendrer un seul jet d'eau plat, d'angle d'ouverture a dans le plan du jet, à l'intérieur d'une chambre à dépression, un organe de sortie présentant, dans des plans perpendiculaires au jet plat, deux parois latérales divergentes sensiblement d'ouverture α et, de part et d'autre du jet plat, deux parois convergentes formant un angle β, ledit organe de sortie faisant partie intégrante de la chambre à dépression, et la combinaison des angles a et β et de la section de l'orifice de sortie étant définie pour qu'il se produise dans la chambre une dépression suffisante entraînant les particules abrasives et les orientant de telle manière que le bombardement des parois et de l'organe de sortie soit inexistant lorsque la régularité des grains d'abrasifs est constante.
- D'autre part, l'invention a pour objet un procédé de mise en oeuvre d'une buse de sablage pour la décontamination radio-active, caractérisé en ce que l'on utilise des particules abrasives solubles dans l'eau.
- Etant donné que cette dissolution n'est pas immédiate, ces particules se présentent sous forme solide pendant l'opération de sablage, ce qui leur permet de remplir ce rôle d'abrasif elles se dissolvent ensuite dans l'eau.
- De préférence, ces particules abrasives sont en trioxyde de bore. Ce matériau qui se transforme en acide, et gonfle, au contact de l'eau, apparaissait a priori peu approprié pour une telle utilisation. L'inventeur a montré qu'elle était possible à condition d'adopter des paramètres de procédé convenables et des structures adaptables., permettant d'obtenir des vitesses importantes d'écoulement et d'éviter les risques de bouchage des canalisations.
- D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, d'exemples de réalisation de l'invention qui se réfère aux dessins annexés, sur lesquels :
- - la figure 1 représente une vue en coupe d'un premier mode de réalisation du dispositif de sablage de l'invention comportant une buse d'éjection unique disposée axialement et une amenée d'abrasifs latérale ;
- - la figure 2 représente une vue en perspective de la buse de sortie du dispositif de la figure 1,
- - la figure 3 représente un deuxième mode de réalisation du dispositif de sablage de l'invention comportant une amenée d'abrasif axiale et une buse d'éjection unique disposée latéralement.
- On a représenté sur les figures 1 et 2 un premier exemple de réalisation d'une buse de sablage 2 réalisée conformément à l'invention. La figure 1 est une vue en coupe de cette buse de sablage, tandis que la figure 2 est une vue en perspective de l'organe de sortie qui est partie intégrante de la buse de sablage.
- La buse 2 comporte un corps 4 de forme cylindrique. A l'intérieur du corps 4 on trouve une chambre 6 circulaire qui comporte une partie cylindrique prolongée par une partie conique qui va en s'évasant. L'angle de la partie conique 8 est approximativement égal à l'angle d'éjection de la buse à jet plat 18. A l'une des extrémités du corps 4 est pratiqué un filetage intérieur dans lequel est vissé le bloc d'arrivée 10 de l'eau sous haute pression. Le bloc 10 est immobilisé par rapport au corps 4 par un contre-écrou 12" Un filetage intérieur 14 permet le branchement du raccord de la canalisation d'amenée d'eau sous haute pression (non représentée). Cette canalisation amène l'eau dans le canal intérieur 16 qui débouche lui-même sur une buse dféjec- tion 18 vissée dans le bloc 10. La buse 18 comporte un orifice de sortie 20. La section de cet orifice est déterminée de manière à produire un jet plat. Une buse d'éjection de ce genre est connue. A titre d'exemple, la Société SOCOFREN commercialise des buses d'éjection qui peuvent être utilisées pour réaliser l'invention. La buse d'éjection 18 est vissée sur le bloc d'arrivée 10. Un contre-écrou 22 permet de la bloquer en rotation par rapport au corps 10. Un joint torique 24 assure l'étanchéité entre le corps 10 et la buse d'éjection 18.
- A l'autre extrémité du corps 4 se trouve l'organe de sortie 26. Il est vissé sur un filetage extérieur du corps 4. Il comporte à cet effet une partie moletée 26a. Un contre-écrou 28 permet d'assurer son blocage en rotation par rapport au corps 4.
- L'organe de sortie 26, qui présente deux parois latérales divergentes, sensiblement d'ouverture a, situées dans des plans perpendiculaires au jet plat et deux parois convergentes 26c formant un angle P. L'intérieur 9 de l'organe de sortie 26 fait partie intégrante de la chambre à dépression.
- Le dispositif de sablage 2 comporte encore une canalisation 29 pour l'amenée des particules abrasives. La canalisation 29 est terminée par un raccord d'arrivée 30 vissé sur le corps 4. Le raccord 30 débouche à l'intérieur de la chambre d'aspiration 6. Il est disposé, dans l'exemple de réalisation de la figure 1, perpendiculairement à l'axe longitudinal du corps 4.
- La combinaison des angles a et β et de la section de l'orifice de sortie 26 sont définies pour qu'il se produise dans la chambre une dépression suffisante qui entraîne les particules abrasives et les oriente de telle manière que le bombardement des parois et de l'organe de sortie soit inexistant lorsque la régularité des grains d'abrasif est constante. Les particules abrasives sont introduites par la canalisation 29 véhiculant un mélange gaz-particules abrasives, le gaz pouvant être de l'air.
- La buse d'éjection 18 et l'organe de sortie 26 doivent être positionnés angulairement l'un par rapport à l'autre, de telle manière que le jet plat soit aligné avec l'orifice de l'organe 26. Ce positionnement angulaire peut être effectué facilement au moyen des contre-écrous 22 et 28 qui permettent de bloquer respectivement la buse d'éjection 18 et l'organe de sortie 26 en une position quelconque.
- Le fonctionnement de la buse de sablage représentée sur la figure 1 est le suivant.
- On amène l'eau sous pression par l'ajutage 20 de la buse d'éjection 18 à l'intérieur de la chambre à dépression 6. Cette dépression permet l'aspiration, à l'intérieur de la chambre 6, du mélange d'air et de particules abrasives amené par la canalisation 28. Les particules abrasives se mélangent au jet d'eau et le jet mixte, c'est-à-dire le mélange air-particules solides-eau, traverse la buse de sortie 26. La buse d'éjection 18 de réalisation connue, donne un jet plat. Le plan de plus faible épaisseur de l'organe de sortie 26 coincide approximativement avec le plan médian du jet d'eau plat sous haute pression. L'intérieur de l'organe de sortie 26 fait partie intégrante de la chambre à dépression 6.
- Selon une variante de réalisation (non représentée) de la buse de sablage de la figure 1, en augmente la section d'entrée du mélange air-particules solides tout en réalisant une arrivée de ce mélange parallèle à l'axe du corps 4. A cet effet, une pièce supplémentaire comportant une cavité formant un coude permet le montage d'un raccord d'arrivée du mélange. Cette pièce est fixée, par exemple par des vis, sur le corps 4. Cette pièce rapportée présente une longue résistance à l'usure par abrasion dans le coude, par suite de l'épaisseur de ses parois.
- On a représenté sur la figure 3 un deuxième mode de réalisation perfectionné du dispositif de sablage de l'invention. Cette buse de sablage 102 se distingue de la buse de sablage 2 représentée sur la figure 1 en ce que la canalisation d'amenée du mélange air-particules abrasives est disposée dans l'axe du corps 104, tandis que la buse d'éjection 118, qui est unique, est disposée latéralement à cette canalisation. Sur la figure 3, les pièces qui ont la même fonction que celle de la buse 2 de la figure 1 ont été désignées par les mêmes numéros de référence augmentés de 100. Leur description ne sera en conséquence pas reprise en détail.
- Dans le cas de la buse 102, l'angle formé par le plan médian du jet d'eau plat délivré par l'ajutage 120 et l'axe de 1a canalisation d'amenée du mélange air-solides doit être aussi faible que possible.
- L'arrivée de l'eau sous haute pression se fait par le corps 104 cylindrique. Cette canalisation d'amenée est fixée dans ce corps 104 sur le filetage 114. Un conduit l16 amène l'eau sous haute pression à la buse d'éjection 118 vissée dans le corps 104. Un contre-écrou 122 permet le positionnement en rotation de la buse d'éjection 118. On peut ainsi positionner cette buse de telle manière que l'axe longitudinal de-l'ajutage 120 soit aligné avec l'orifice de l'organe de sortie 126. La position angulaire de la buse 122 peut être réglée au moyen d'un contre-écrou 112.
- On remarque que dans ce mode de réalisation, la chambre à dépression est constituée essentiellement par l'intérieur 109 de l'organe 126.
- Dans l'axe du corps 104 est vissé le raccord 130 d'arrivée du mélange air-particules abrasives. Un insert 132 disposé dans un alésage 134 du corps 104 canalise le mélange air-particules abrasives jusqu'à sa rencontre avec le jet d'eau sous haute pression. Un joint torique 136 assure une liaison étanche entre l'embout 130 et l'insert 132. Il est important de noter que le raccord 130 vient s'appliquer directement sur la collerette 132a de l'insert 132 lorsque celui-ci est cylindrique.
- La paroi 126b de l'organe de sortie 126 est sensiblement parallèle au plan médian du jet plat issu de la buse d'éjection 118. La paroi 126b' est sensiblement parallèle, quant à elle, à l'axe du mélange air-particules abrasives issu de l'insert 132.
- La forme de réalisation de la figure 3 présente un double avantage. L'arrivée du mélange air-particules abrasives se fait axialement sans perte de charge en profitant de la vitesse initiale du mélange. D'autre part, l'angle entre l'axe de la canalisation d'amenée du mélange air-particules abrasives et l'axe du jet d'eau est faible (inférieure à 15°). On élimine ainsi les risques de bouchage. En outre, l'arrivée axiale du mélange air-solides permet d'utiliser une alimentation forcée par air comprimé qui augmente les possiblités de transport des particules abrasives ainsi que la vitesse d'éjection du mélange air-eau-particules solides final.
- La buse de sablage de l'invention décrite en référence aux figures a été conçue de manière à éviter au maximum les risques de bouchage. Ceux-ci sont particulièrement importants lorsque l'abrasif solide utilisé est un abrasif soluble tel que le trioxyde de bore B2O3, ce qui est particulièrement intéressant en décontamination radio-active.
- En effet, dans le cas des procédés de sablage connus, les particules abrasives se mêlent aux particules contaminées provenant de la couche mince qui existe sur la partie contaminée. Cela a pour conséquence d'augmenter le coût du conditionnement et du stockage de ces effluents.
- Quand, selon le procédé de mise en oeuvre d'une buse de sablage de l'invention, on utilise un abrasif soluble dans l'eau, les particules abrasives se présentent sous forme solide pendant l'opération de sablage, ce qui leur permet de remplir leur rôle d'abrasif. Elles se dissolvent ensuite dans l'eau. Ceci permet de séparer par filtrage d'un côté les particules métalliques provenant de l'enlèvement de la couche contaminée et d'autre part l'eau contenant les particules d'abrasif qui ont été dissoutes. Les particules solides, métalliques ou autres, sont traitées puis conditionnées et stockées. Les effluents sont traités avant leur rejet par un éventuel recyclage.
- Enfin, on estime que la nature hydrophile des particules abrasives utilisées joue un rôle important pour le bon fonctionnement d'une buse de sablage conforme à l'invention. En effet, il semble que les particules s'entourent de fines gouttelettes d'eau qui, en combinaison avec la forme particulière de la buse mentionnée précédemment, conduisent à l'absence d'usure de l'organe de sortie 26 qui a pu être observée au terme des essais qui ont été réalisés.
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