EP0475806A2 - Appareil de travail au laser, notamment pour le décontamination d'une conduite d'un réacteur nucléaire - Google Patents

Appareil de travail au laser, notamment pour le décontamination d'une conduite d'un réacteur nucléaire Download PDF

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EP0475806A2
EP0475806A2 EP91402257A EP91402257A EP0475806A2 EP 0475806 A2 EP0475806 A2 EP 0475806A2 EP 91402257 A EP91402257 A EP 91402257A EP 91402257 A EP91402257 A EP 91402257A EP 0475806 A2 EP0475806 A2 EP 0475806A2
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laser
rail
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laser beam
amplifier
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Jean-Pierre Cartry
Georges Clar
Alain Martin
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    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/001—Decontamination of contaminated objects, apparatus, clothes, food; Preventing contamination thereof
    • G21F9/005—Decontamination of the surface of objects by ablation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B9/00—Cleaning hollow articles by methods or apparatus specially adapted thereto 
    • B08B9/02—Cleaning pipes or tubes or systems of pipes or tubes
    • B08B9/027—Cleaning the internal surfaces; Removal of blockages
    • B08B9/04—Cleaning the internal surfaces; Removal of blockages using cleaning devices introduced into and moved along the pipes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/0035—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like
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    • B08B9/02—Cleaning pipes or tubes or systems of pipes or tubes
    • B08B9/021—Cleaning pipe ends or pipe fittings, e.g. before soldering

Definitions

  • the present invention relates to a laser working device intended to send a high power laser beam to work points which are difficult to access. It applies in particular to the decontamination by laser beam of a pipe or the like forming part of the primary water circuit of a steam generator of a nuclear power plant of the pressurized water type, or of the water box of a like steam generator.
  • the object of the invention is to provide an apparatus making it possible to easily transport high laser powers to work points which are difficult to access.
  • the apparatus shown in the drawings is intended to carry out the decontamination of a section of pipe 1 of relatively large diameter belonging to the primary water circuit of a pressurized water nuclear reactor steam generator.
  • it is a bent pipe section.
  • This device essentially consists of a support rail 2, a carriage 3 movable mounted on this rail, a device 4 for producing a high power laser beam, and a device 5 for transporting this beam by airway to the interior wall of section 1.
  • the rail 2 of hexagonal section (Fig. 3), has a curved shape and, in service, its longitudinal axis is coincident with that of the section 1. It has on one side a rectilinear extension 6 provided with a device 7 centering in the pipe section 8 adjacent to the section 1, this device 7 being expandable by means of a jack 9 provided at the end of the extension 6.
  • the rail 2 is extended by an indexer 10 which is a rail section of the same hexagonal section as the rail 2 and which can rotate around its axis in steps of 60 °, by means of a motor not shown housed in the rail.
  • the indexer 10 rotates on a shaft integral with the rail 2 and which carries at its free end the hub 11 of a spider 12, which in turn carries a centering ring 13. by actuation of several jacks 14 mounted radially on this ring, the axis of the rail 2 can be made to coincide with that of the bent section 1 in a sufficiently precise manner.
  • the carriage 3 has a hexagonal section homothetic to that of the rail 2, and between them are interposed on the one hand two pairs of idle rollers 15, on the other hand a pair of drive rollers 16 driven by a geared motor 17.
  • the carriage can thus be brought to any point along the length of the rail 2 or on one of the extensions 6 and 10 thereof.
  • the device 4 for producing the laser beam consists firstly of a laser generator 18 of the YAG pulse type, mounted on a fixed support 19 outside the pipe to be treated and equipped with appropriate supply means, control and cooling, and on the other hand a laser beam amplifier 20 fixed on the carriage 3.
  • the output of the generator 18 is connected to the input of an optical fiber 21 whose output is connected to the amplifier 20 input.
  • the latter is adapted to provide a parallel amplified beam at its output.
  • the optical fiber can be adapted to transport a maximum power of 20 MW, the generator 18 to provide peak power of this order and the amplifier 20 to have an amplification factor of 5, which allows to obtain at the output of this amplifier a laser beam having a peak power of the order of 100MW, suitable for this application.
  • the air transport device 5 comprises a guide tube 21, the base of which (Fig. 2) has a hole 22 for the entry of the amplified laser beam located opposite the output of the amplifier 20.
  • a return mirror 23 inclined at 45 ° is fixed in the guide tube opposite the hole 22.
  • the assembly of the guide tube and the mirror can be driven in an alternating angular movement in a radial plane by a motor 24 carried by the carriage 3.
  • a suction nozzle 25 is slidably mounted at the free end of the guide tube 21 and is pressed against the interior wall of the pipe by a spring 26. The support of this nozzle on the pipe takes place via a floating tubular end piece 27 fitted with rollers.
  • a flexible pipe 28 connects the nozzle 25 to a pump (not shown). If the products sucked up can be discharged into the pipe itself, this pump can be fixed on the carriage 3. Otherwise, it is mounted at a fixed position outside the pipe to be treated.
  • a flexible umbilicus 29 leads to the carriage 3 the optical fiber 21, the electric wires supplying the motors 17 and 24 and the amplifier 20, and possibly pipes (not shown) conveying water for cooling the mirror. and the amplifier and the flexible hose 28.
  • the motor 24 drives the guide tube 21 back and forth so that the end piece 27 moves on the inner wall of the section 1 along an arc of amplitude circle substantially greater than 60 °, and the device 4 for producing the laser beam is switched on.
  • the amplified laser beam strikes the wall after reflection on the mirror 23 and ensures the decontamination of the point of impact and therefore of the entire swept arc.
  • the carriage is advanced on the rail 2 by a step depending on the radius of the focal spot of the laser beam, so that an entire sector of more than 60 ° of the section 1 is decontaminated.
  • the carriage is brought to the indexer 10, and the latter is rotated by 60 °, which brings the carriage 3 into a new angular position, and the decontamination of the following sector of the section 1 is carried out as described above, with overlap from the previous sector.
  • the device can be used regardless of the shape and orientation in the space of the pipe to be treated.
  • the distance between the mirror 23 and the wall of the pipe does not need to be adjusted with great precision.

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Abstract

L'appareil de travail au laser comprend: un générateur laser (18); une fibre optique (21) dont l'entrée est reliée à la sortie du générateur laser; un amplificateur de faisceau laser (20) dont l'entrée est reliée à la sortie de la fibre optique; et des moyens (5) pour transporter par voie aérienne jusqu'à un point de travail le faisceau laser émis par l'amplificateur. Application à la décontamination du circuit primaire d'un générateur de vapeur de centrale électronucléaire. <IMAGE>

Description

  • La présente invention est relative à un appareil de travail au laser destiné à envoyer un faisceau laser de forte puissance sur des points de travail difficiles d'accès. Elle s'applique en particulier à la décontamination par faisceau laser d'une conduite ou analogue faisant partie du circuit d'eau primaire d'un générateur de vapeur de centrale électronucléaire du type à eau pressurisée, ou de la boîte à eau d'un tel générateur de vapeur.
  • Il est difficile de transporter un faisceau laser par voie aérienne jusque sur des points de travail situés dans des conduites, notamment coudées, et les générateurs laser sont habituellement trop encombrants pour être eux-mêmes introduits dans ces conduites. Il est connu d'utiliser des fibres optiques pour transporter des faisceaux laser, mais la puissance que ces fibres peuvent transporter est trop limitée pour certaines applications telles que la décontamination par faisceau laser.
  • L'invention a pour but de fournir un appareil permettant de transporter facilement des puissances laser élevées jusqu'à des points de travail difficiles d'accès.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un appareil de travail au laser comprenant :
    • un générateur laser;
    • une fibre optique dont l'entrée est reliée à la sortie du générateur laser;
    • un amplificateur de faisceau laser dont l'entrée est reliée à la sortie de la fibre optique; et
    • des moyens pour transporter par voie aérienne jusqu'à un point de travail le faisceau laser émis par l'amplificateur.
  • Suivant d'autres caractéristiques de l'invention :
    • l'appareil, lorsqu'il est destiné à exécuter un travail à l'intérieur d'une conduite ou analogue, comprend un rail de support équipé de moyens de montage dans la conduite sensiblement suivant l'axe de celle-ci, et un chariot monté mobile sur ce rail, l'amplificateur étant porté par le chariot et lesdits moyens de transport comprenant des moyens de balayage par le faisceau laser d'une région de la paroi intérieure de la conduite;
    • le rail comporte un tronçon rotatif d'indexage, et les moyens de balayage sont adaptés pour balayer, dans un plan radial, un secteur angulaire de ladite paroi intérieure;
    • le rail est à section polygonale à n côtés, le tronçon rotatif d'indexage étant adapté pour tourner par pas de 360/n degrés;
    • les moyens de balayage comprennent un tube-guide oscillant à travers lequel circule le faisceau laser amplifié, et un miroir de renvoi fixé à la base de ce tube;
    • une buse d'aspiration est montée à l'extrémité du tube-guide;
    • l'appareil comprend des moyens d'application élastique de la buse d'aspiration sur ladite paroi intérieure.
  • Un exemple de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en regard des dessins annexés, sur lesquels :
    • La Fig. 1 est une vue d'ensemble d'un appareil conforme à l'invention disposé dans une conduite coudée, la vue étant prise en coupe suivant l'axe de cette conduite;
    • La Fig. 2 représente à plus grande échelle, avec coupe partielle, le détail II de la Fig.1;
    • La Fig. 3 est une vue de l'appareil prise en coupe suivant la ligne III-III de la Fig.4; et
    • La Fig. 4 est une vue prise suivant la flèche IV de la Fig.3.
  • L'appareil représenté aux dessins est destiné à effectuer la décontamination d'un tronçon de conduite 1 de diamètre relativement grand appartenant au circuit d'eau primaire d'un générateur de vapeur de réacteur nucléaire à eau pressurisée. Dans l'exemple représenté, il s'agit d'un tronçon de conduite coudée.
  • Cet appareil est constitué essentiellement d'un rail de support 2, d'un chariot 3 monté mobile sur ce rail, d'un dispositif 4 pour produire un faisceau laser de forte puissance, et d'un dispositif 5 de transport de ce faisceau par voie aérienne jusque sur la paroi intérieure du tronçon 1.
  • Le rail 2, de section hexagonale (Fig.3), a une forme courbe et, en service, son axe longitudinal est confondu avec celui du tronçon 1. Il comporte d'un côté un prolongement rectiligne 6 muni d'un dispositif 7 de centrage dans le tronçon de conduite 8 adjacent au tronçon 1, ce dispositif 7 étant expansible au moyen d'un vérin 9 prévu à l'extrémité du prolongement 6. De l'autre côté, le rail 2 se prolonge par un indexeur 10 qui est un tronçon de rail de même section hexagonale que le rail 2 et qui peut tourner autour de son axe par pas de 60°, au moyen d'un moteur non représenté logé dans le rail. L'indexeur 10 tourne sur un arbre solidaire du rail 2 et qui porte à son extrémité libre le moyeu 11 d'un croisillon 12, lequel porte à son tour un anneau de centrage 13. par actionnement de plusieurs vérins 14 montés radialement sur cet anneau, on peut faire coïncider l'axe du rail 2 avec celui du tronçon coudé 1 de façon suffisamment précise.
  • Comme on le voit sur la Fig.3, le chariot 3 présente une section hexagonale homothétique de celle du rail 2, et entre eux sont interposées d'une part deux paires de galets fous 15, d'autre part une paire de galets moteurs 16 entraînés par un motoréducteur 17. Le chariot peut ainsi être amené en tout point de la longueur du rail 2 ou sur l'un des prolongements 6 et 10 de celui-ci.
  • Le dispositif 4 de production du faisceau laser est constitué d'une part d'un générateur laser 18 du type YAG à impulsions, monté sur un support fixe 19 à l'extérieur de la conduite à traiter et équipé des moyens appropriés d'alimentation, de commande et de refroidissement, et d'autre part d'un amplificateur de faisceau laser 20 fixé sur le chariot 3. La sortie du générateur 18 est reliée à l'entrée d'une fibre optique 21 dont la sortie est reliée à l'entrée de l'amplificateur 20. Ce dernier est adapté pour fournir à sa sortie un faisceau amplifié parallèle. A titre d'exemple numérique, la fibre optique peut être adaptée pour transporter une puissance maximale de 20MW, le générateur 18 pour fournir une puissance de crête de cet ordre et l'amplificateur 20 pour posséder un facteur d'amplification de 5, ce qui permet d'obtenir en sortie de cet amplificateur un faisceau laser ayant une puissance de crête de l'ordre de 100MW, convenant pour cette application.
  • Le dispositif 5 de transport par voie aérienne comprend un tube-guide 21 dont la base (Fig.2) présente un trou 22 d'entrée du faisceau laser amplifié situé en regard de la sortie de l'amplificateur 20. Un miroir de renvoi 23 incliné à 45° est fixé dans le tube-guide en regard du trou 22. L'ensemble du tube-guide et du miroir peut être entraîné en un mouvement angulaire alternatif dans un plan radial par un moteur 24 porté par le chariot 3.
  • Une buse d'aspiration 25 est montée coulissante à l'extrémité libre du tube-guide 21 et est pressée contre la paroi intérieure de la conduite par un ressort 26. L'appui de cette buse sur la conduite s'effectue par l'intermédiaire d'un embout tubulaire flottant 27 équipé de galets de roulement. Une conduite souple 28 relie la buse 25 à une pompe (non représentée). Si les produits aspirés peuvent être rejetés dans la conduite elle-même, cette pompe peut être fixée sur le chariot 3. Dans le cas contraire, elle est montée à poste fixe à l'extérieur de la conduite à traiter.
  • Un ombilic souple 29 conduit jusqu'au chariot 3 la fibre optique 21, les fils électriques d'alimentation des moteurs 17 et 24 et de l'amplificateur 20, et éventuellement des tuyaux (non représentés) véhiculant de l'eau de refroidissement du miroir et de l'amplificateur et le tuyau souple 28.
  • En fonctionnement, à chaque position du chariot 3 le long du rail 2, le moteur 24 entraîne en va-et-vient le tube-guide 21 de manière que l'embout 27 se déplace sur la paroi intérieure du tronçon 1 suivant un arc de cercle d'amplitude sensiblement supérieur à 60°, et le dispositif 4 de production du faisceau laser est mis en marche. Le faisceau laser amplifié vient frapper la paroi après réflexion sur le miroir 23 et assure la décontamination du point d'impact et donc de tout l'arc de cercle balayé. Après chaque aller-retour du tube-guide, le chariot est avancé sur le rail 2 d'un pas fonction du rayon de la tache focale du faisceau laser, de sorte qu'un secteur entier de plus de 60° du tronçon 1 est décontaminé.
  • Puis le chariot est amené sur l'indexeur 10, et ce dernier est tourné de 60°, ce qui amène le chariot 3 dans une nouvelle position angulaire, et la décontamination du secteur suivant du tronçon 1 est effectuée comme décrit plus haut, avec recouvrement du secteur précédent.
  • On remarque que l'appareil peut être utilisé quelles que soient la forme et l'orientation dans l'espace de la conduite à traiter. De plus, grâce à l'utilisation d'un faisceau laser parallèle, la distance entre le miroir 23 et la paroi de la conduite n'a pas besoin d'être réglée avec une grande précision.

Claims (7)

  1. Appareil de travail au laser, notamment pour la décontamination de la paroi intérieure d'une conduite ou analogue d'un générateur de vapeur de centrale électronucléaire, caractérisé en ce qu'il comprend :
    - un générateur laser (18);
    - une fibre optique (21) dont l'entrée est reliée à la sortie du générateur laser;
    - un amplificateur de faisceau laser (20) dont l'entrée est reliée à la sortie de la fibre optique; et
    - des moyens (5) pour transporter par voie aérienne jusqu'à un point de travail le faisceau laser émis par l'amplificateur.
  2. Appareil suivant la revendication 1, destiné à exécuter un travail à l'intérieur d'une conduite ou analogue, caractérisé en ce qu'il comprend un rail de support (2) équipé de moyens (7, 9, 11 à 14) de montage dans la conduite (1) sensiblement suivant l'axe de celle-ci, et un chariot (3) monté mobile sur ce rail, l'applificateur (20) étant porté par le chariot et lesdits moyens de transport (5) comprenant des moyens (21 à 24) de balayage par le faisceau laser d'une région de la paroi intérieure de la conduite (1).
  3. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le rail (2) comporte un tronçon rotatif d'indexage (10), et en ce que les moyens de balayage (21 à 24) sont adaptés pour balayer, dans un plan radial, un secteur angulaire de ladite paroi intérieure.
  4. Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le rail (2) est à section polygonale à n côtés, le tronçon rotatif d'indexage (10) étant adapté pour tourner par pas de 360/n degrés.
  5. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les moyens de balayage (21 à 24) comprennent un tube-guide oscillant (21) à travers lequel circule le faisceau laser amplifié, et un miroir de renvoi (23) fixé à la base de ce tube.
  6. Appareil suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'une buse d'aspiration (25) est montée à l'extrémité du tube-guide (21).
  7. Appareil suivant la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (26, 27) d'application élastique de la buse d'aspiration (25) sur ladite paroi intérieure.
EP91402257A 1990-09-12 1991-08-19 Appareil de travail au laser, notamment pour le décontamination d'une conduite d'un réacteur nucléaire Expired - Lifetime EP0475806B1 (fr)

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FR9011281 1990-09-12
FR9011281A FR2666523A1 (fr) 1990-09-12 1990-09-12 Appareil de travail au laser, notamment pour la decontamination d'une conduite d'un reacteur nucleaire.

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EP0475806A2 true EP0475806A2 (fr) 1992-03-18
EP0475806A3 EP0475806A3 (en) 1993-02-03
EP0475806B1 EP0475806B1 (fr) 1995-11-29

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EP91402257A Expired - Lifetime EP0475806B1 (fr) 1990-09-12 1991-08-19 Appareil de travail au laser, notamment pour le décontamination d'une conduite d'un réacteur nucléaire

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EP (1) EP0475806B1 (fr)
JP (1) JPH04289500A (fr)
KR (1) KR920006044A (fr)
CS (1) CS278691A3 (fr)
DE (1) DE69114970T2 (fr)
ES (1) ES2080923T3 (fr)
FI (1) FI95878C (fr)
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