FR2999548A1 - DEVICE AND METHOD FOR TRANSPORTING FACETED PARTICLES - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif et un procédé de transport de poudre constituée de particules facettées, dans lequel le dispositif comporte une surface de transport (1) plane inclinée et au moins un générateur (3) de vibrations continues relié à ladite surface de transport (1) pour mettre en vibration ladite surface et assurer ainsi l'écoulement de ladite poudre le long de ladite surface de transport (1) inclinée, dans lequel : - la surface de transport (1) présente un état de surface dont l'écart moyen arithmétique Ra est inférieur ou égal à 0,2 µm, et - l'angle d'inclinaison θ formé par ladite surface de transport (1) par rapport à un plan horizontal est inférieur ou égal à 2/3 α où α est l'angle de frottement de ladite poudre à ladite surface de transport (1), - ledit générateur (3) est relié à ladite surface de transport (1) de sorte que lesdites vibrations générées sont dans un plan de ladite surface de transport et dans une direction perpendiculaire ou sensiblement perpendiculaire à la direction de plus grande pente de la surface de transport (1) et ont une fréquence comprise entre 5 Hz et 2kHz et une accélération supérieure à 1g.The invention relates to a device and a powder conveying method consisting of faceted particles, wherein the device comprises an inclined plane transport surface (1) and at least one continuous vibration generator (3) connected to said transport surface ( 1) for vibrating said surface and thus ensuring the flow of said powder along said inclined conveying surface (1), wherein: - the transport surface (1) has a surface state whose average deviation arithmetic Ra is less than or equal to 0.2 μm, and - the angle of inclination θ formed by said transport surface (1) with respect to a horizontal plane is less than or equal to 2/3 α where α is the angle of friction of said powder with said transport surface (1), - said generator (3) is connected to said transport surface (1) so that said generated vibrations are in a plane of said transport surface and in one direction perpend icular or substantially perpendicular to the direction of greater slope of the transport surface (1) and have a frequency between 5 Hz and 2kHz and an acceleration greater than 1g.
Description
DISPOSITIF ET PROCEDE DE TRANSPORT DE PARTICULES FACETTE ES DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR La présente invention se rapporte d'une manière générale à un procédé et un dispositif pour le transport de produits en poudre (ou mélange de poudres), constitués de particules facettées notamment pour le transport en vrac de ces produits. On entend particules « facettées » des particules présentant au moins une face proche d'un plan d'étendue suffisante pour que la particule glisse sans roulement sur un plan incliné en deçà de son angle d'écoulement naturel. Et on entend par poudre, une poudre ou un mélange de poudres constituées de particules facettées. La fabrication du combustible nucléaire à base de dioxyde d'uranium (UO2) repose sur un procédé de métallurgie des poudres, qui, à partir de l'UO2 sous forme pulvérulente, permet d'obtenir un objet solide, mis en forme par pressage puis consolidé par frittage. Un tel procédé de fabrication de combustible nucléaire comporte notamment quatre étapes principales : - l'élaboration de poudres d'uranium en vue de fournir de l'UO2. - la préparation de ces poudres pour les rendre manipulables dans un procédé industriel. En particulier, ces poudres doivent s'écouler facilement dans des trémies d'alimentation pour répondre aux cadences industrielles. Selon l'origine des poudres mises en oeuvre, une étape complémentaire de granulation est réalisée. - la mise en forme pour former des pastilles, ou comprimés. La poudre d'UO2 est typiquement déversée dans une matrice de presse. Le remplissage de la matrice dépend essentiellement des propriétés d'écoulement des poudres qui sont elles- mêmes pilotées par les forces d'adhésion, la forme, la distribution de forme, la taille et la distribution de taille des particules. Cette étape doit éviter la formation de défauts d'empilement tels que des voutes ou des hétérogénéités de quantité de matière dans la matrice de presse. - le frittage, c'est-à-dire le traitement thermique des pastilles afin de les consolider et de les densifier. La résorption de la porosité de la pastille dépend entre autre de la texture de l'empilement granulaire résultant de la mise en forme du comprimé ou de la pastille.TECHNICAL FIELD AND PRIOR ART The present invention relates generally to a method and a device for the transport of powder products (or mixture of powders), consisting of faceted particles in particular. for the bulk transport of these products. "Faceted" particles are understood to mean particles having at least one side close to a plane of sufficient extent for the particle to slide without rolling on an inclined plane below its natural flow angle. And by powder is meant a powder or a mixture of powders consisting of faceted particles. The manufacture of nuclear fuel based on uranium dioxide (UO2) is based on a powder metallurgy process, which, starting from UO2 in pulverulent form, makes it possible to obtain a solid object, shaped by pressing and then consolidated by sintering. Such a nuclear fuel manufacturing process comprises four main stages: - the development of uranium powders to provide UO2. - The preparation of these powders to make them manipulable in an industrial process. In particular, these powders must flow easily into feed hoppers to meet industrial rates. Depending on the origin of the powders used, a complementary granulation step is carried out. - shaping to form pellets, or tablets. The UO 2 powder is typically poured into a press die. The filling of the matrix depends essentially on the flow properties of the powders which are themselves driven by the adhesion forces, the shape, the shape distribution, the size and the size distribution of the particles. This step must avoid the formation of stacking defects such as vaults or heterogeneities in the quantity of material in the press die. sintering, that is to say the thermal treatment of the pellets in order to consolidate and densify them. The resorption of the porosity of the pellet depends inter alia on the texture of the granular stack resulting from the shaping of the tablet or pellet.
Par ailleurs, pour d'autres combustibles nucléaires que celui à l'UO2, notamment pour les combustibles mixtes de type MOX, fabriqués à partir d'un mélange de poudres d'UO2 et de Pu02, le procédé décrit brièvement ci-dessus comporte en complément une étape de mélange des poudres d'UO2 et de Pu02, ou d'homogénéisation de poudres (U, Pu)02 et d'UO2.Moreover, for other nuclear fuels than the UO2 fuels, especially for MOX-type mixed fuels made from a mixture of UO2 and PuO2 powders, the process described briefly above includes complement a mixing step UO2 powders and PuO2, or homogenization powders (U, Pu) 02 and UO2.
Une des étapes délicates de ce procédé de fabrication est celle du transport de la poudre entre les différents équipements et du remplissage ou de la vidange de ces derniers. En effet, le transport et le remplissage des équipements dépendent des propriétés d'écoulement des poudres et doivent être maîtrisés pour éviter une ségrégation ou la formation de défauts d'empilement qui affectent, in fine, les caractéristiques des pastilles frittées. Or, suite à l'étape de préparation de la poudre, celle-ci présente l'homogénéité désirée. La manière avec laquelle cette poudre est transportée jusqu'à la matrice de presse est, par conséquent, déterminante dans la fabrication des pastilles de combustible nucléaire.One of the delicate steps of this manufacturing process is the transport of the powder between the different equipment and the filling or emptying of the latter. Indeed, the transport and filling of equipment depends on the flow properties of the powders and must be controlled to avoid segregation or the formation of stacking defects that ultimately affect the characteristics of the sintered pellets. However, following the step of preparing the powder, it has the desired homogeneity. The manner in which this powder is transported to the press matrix is, therefore, decisive in the manufacture of nuclear fuel pellets.
On connait des dispositifs de transport de poudre comportant notamment un plan incliné au moyen duquel on transporte un lit de poudre entre un réservoir et une matrice selon la direction de plus grande pente. Alors que la gravité favorise l'écoulement du lit de poudre sur le plan incliné, ces dispositifs comportent en outre des moyens pour soumettre le plan incliné à une vibration dans la direction de sa plus grande pente. Toutefois, on observe avec ces dispositifs de transport de poudre de l'état de l'art, des mécanismes de ségrégation sous vibration des particules constituant la poudre. Cette ségrégation résulte notamment du frottement entre les particules du lit de poudre et la paroi du plan incliné. Les particules de plus faibles dimensions s'infiltrent en effet plus facilement dans les interstices entre les particules de plus grosses tailles, qui ont tendance, quant à elles, à se déplacer vers la surface du lit de poudre. Des phénomènes de rétention d'une partie du lit de poudre sur le plan incliné sont également observés. Cette rétention amplifie la rugosité apparente du plan incliné et conduit à la fragmentation du lit de poudre qui s'accompagne de ségrégation. D'ailleurs, ce phénomène préjudiciable pour le transport est exploité par des dispositifs visant le tri de particules induisant le fractionnement du lit plutôt que la préservation de la cohérence du lit. Or, il est nécessaire, pour maîtriser parfaitement le transport de poudre et la fabrication de pastilles, d'éviter la fragmentation du lit de poudre ainsi que l'apparition de phénomènes de ségrégation. La présente invention vise à pallier ces divers inconvénients en proposant un procédé et un dispositif pour le transport de poudre constituée de particules facettées, simples dans leur conception et dans leur mode opératoire, garantissant la maîtrise de l'écoulement du lit de poudre, l'absence de rétention et de fragmentation de ce lit de poudre. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION A cet effet, l'invention concerne un dispositif de transport de poudre constituée de particules facettées, ledit dispositif comportant une surface de transport inclinée et au moins un générateur de vibrations continues relié à ladite surface de transport pour mettre en vibration ladite surface et assurer ainsi l'écoulement de ladite poudre le long de ladite surface de transport inclinée. Selon l'invention, - la surface de transport présente un état de surface dont l'écart moyen arithmétique Ra est inférieur ou égal à 0,2 um, et préférentiellement inférieur à 0,05 um, - l'angle d'inclinaison 0 formé par ladite surface de transport par rapport à un plan horizontal est inférieur ou égal à 2/3 a où a est l'angle de frottement de la poudre à ladite surface de transport, et - le générateur de vibrations est relié à la surface de transport de sorte que lesdites vibrations sont générées dans le plan de la surface de transport et dans une direction perpendiculaire ou sensiblement perpendiculaire à la direction de plus grande pente de cette surface de transport, et ont une fréquence comprise entre 5 Hz et 2kHz et une accélération supérieure à 1g. De préférence, cette surface de transport est non poreuse. On entend ici par "poudre", un ensemble de particules facettées de dimensions diverses, incluant celles généralement désignées comme grains. De préférence, les dimensions des particules sont comprises entre 1 et 2000 um.Powder conveying devices are known, in particular comprising an inclined plane by means of which a bed of powder is transported between a reservoir and a matrix in the direction of greater slope. While the gravity favors the flow of the powder bed on the inclined plane, these devices further comprise means for subjecting the inclined plane to a vibration in the direction of its greatest slope. However, with these state-of-the-art powder transport devices, mechanisms of segregation under vibration of the particles constituting the powder are observed. This segregation results in particular from the friction between the particles of the powder bed and the wall of the inclined plane. In fact, the smaller particles infiltrate the interstices between the larger particles, which tend to move towards the surface of the powder bed. Phenomena of retention of a part of the bed of powder on the inclined plane are also observed. This retention amplifies the apparent roughness of the inclined plane and leads to the fragmentation of the bed of powder which is accompanied by segregation. Moreover, this detrimental phenomenon for transport is exploited by devices aimed at sorting particles inducing the fractionation of the bed rather than preserving the coherence of the bed. However, it is necessary, to perfectly control the transport of powder and the manufacture of pellets, to avoid the fragmentation of the powder bed and the appearance of segregation phenomena. The present invention aims to overcome these various disadvantages by providing a method and a device for the transport of powder consisting of faceted particles, simple in their design and in their operating mode, ensuring the control of the flow of the powder bed, the lack of retention and fragmentation of this bed of powder. BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION To this end, the invention relates to a powder conveying device consisting of faceted particles, said device comprising an inclined transport surface and at least one continuous vibration generator connected to said transport surface for vibration said surface and thus ensure the flow of said powder along said inclined conveying surface. According to the invention, the transport surface has a surface state whose arithmetical average deviation Ra is less than or equal to 0.2 μm, and preferably less than 0.05 μm, the angle of inclination 0 formed. by said transport surface with respect to a horizontal plane is less than or equal to 2/3 a where a is the angle of friction of the powder at said transport surface, and - the vibration generator is connected to the transport surface so that said vibrations are generated in the plane of the transport surface and in a direction perpendicular or substantially perpendicular to the direction of greatest slope of this transport surface, and have a frequency of between 5 Hz and 2 kHz and a higher acceleration at 1g. Preferably, this transport surface is non-porous. The term "powder" here means a set of faceted particles of various sizes, including those generally designated as grains. Preferably, the particle sizes are between 1 and 2000 μm.
On entend ici par "vibrations générées dans une direction horizontale", que ces vibrations sont générées dans une direction qui est parallèle au plan horizontal avec lequel la surface de transport forme un angle d'inclinaison. La présente invention permet avantageusement de maîtriser l'écoulement d'un lit de poudre constituée de particules facettées à la surface d'un plan incliné sans rétention ou fragmentation de celui-ci. Dans différents modes de réalisation particuliers de ce dispositif de transport de poudre, chacun ayant ses avantages particuliers et susceptibles de nombreuses combinaisons techniques possibles: - ce générateur de vibrations génère des vibrations à une fréquence comprise entre 20 Hz et 300 Hz pour des accélérations relatives comprises entre 2 g et 10g. Les vibrations peuvent avoir une forme choisie dans le groupe comprenant une forme sinusoïdale, une forme carrée, une forme en dents de scie, une forme triangulaire et des combinaisons de celles-ci.The term "vibrations generated in a horizontal direction" is understood here to mean that these vibrations are generated in a direction which is parallel to the horizontal plane with which the conveying surface forms an angle of inclination. The present invention advantageously makes it possible to control the flow of a bed of powder consisting of faceted particles on the surface of an inclined plane without retention or fragmentation thereof. In various particular embodiments of this powder transport device, each having its particular advantages and capable of many possible technical combinations: this vibration generator generates vibrations at a frequency between 20 Hz and 300 Hz for relative accelerations included between 2g and 10g. The vibrations may have a shape selected from the group consisting of a sinusoidal shape, a square shape, a sawtooth shape, a triangular shape and combinations thereof.
Les vibrations seront avantageusement sinusoïdales. L'amplitude des vibrations est comprise entre 10 um et 2000 um, et encore mieux, entre 30 um et 300 um. - La surface de transport peut avantageusement être formée par un plateau dépourvu de rebords.The vibrations will be advantageously sinusoidal. The amplitude of the vibrations is between 10 μm and 2000 μm, and more preferably between 30 μm and 300 μm. - The transport surface may advantageously be formed by a plate without flanges.
Le transport de poudre constituée de particules facettées peut donc être réalisé dans un environnement non confiné sur une surface libre, contrairement au transport dans un tube. L'accessibilité est ainsi largement facilitée pour réaliser par exemple le nettoyage de la surface de transport lors d'un changement de poudre à transporter. - le dispositif de transport comporte un distributeur de poudre placé au dessus et dans la partie haute de ladite surface de transport. De préférence, ce distributeur de poudre comportant au moins un orifice d'alimentation en poudre, la distance séparant la surface de transport de la partie inférieure de cet orifice d'alimentation est ajustable. Cet ajustement peut, par exemple, être réalisé par le déplacement du distributeur de poudre le long d'un axe vertical grâce à un moteur pas à pas. De manière avantageuse, ce distributeur de poudre comprend : - un réservoir de poudre relié à au moins un orifice d'alimentation en poudre, l'ouverture dudit au moins un orifice étant réglable et en communication directe avec ledit réservoir, et - des moyens de réglage de l'ouverture dudit au moins un orifice. Le dispositif de transport peut encore comporter un moyen de contrôle optique tel qu'une caméra ou encore une balance pour contrôler le réglage souhaité de l'ouverture en vue par exemple du dépôt d'une couche mince de poudre à la surface de la surface de transport. - Ladite surface de transport est réalisée dans un matériau de dureté élevée pour limiter son usure et la formation de rayure, choisi dans un groupe comprenant les aciers durs, des matériaux en carbure et notamment en carbure de tungstène, et des combinaisons de ces éléments. Dans un exemple avantageux, la surface de transport peut subir un traitement anti-rayure, - le dispositif de transport comporte un ou plusieurs éléments de liaison électrique reliés d'une part à ladite surface de transport et d'autre part à un circuit de mise à la terre pour assurer l'évacuation des charges électrostatiques.The transport of powder consisting of faceted particles can therefore be carried out in an unconfined environment on a free surface, unlike transport in a tube. Accessibility is thus greatly facilitated to achieve for example the cleaning of the transport surface during a powder change to transport. - The transport device comprises a powder dispenser placed above and in the upper part of said transport surface. Preferably, this powder dispenser having at least one powder supply port, the distance separating the transport surface from the lower portion of this supply port is adjustable. This adjustment can, for example, be achieved by moving the powder dispenser along a vertical axis through a stepper motor. Advantageously, this powder dispenser comprises: a powder reservoir connected to at least one powder supply orifice, the opening of said at least one orifice being adjustable and in direct communication with said reservoir, and means of adjusting the opening of said at least one orifice. The transport device may also comprise an optical control means such as a camera or a balance to control the desired adjustment of the opening for example for the deposition of a thin layer of powder on the surface of the surface of the transport. Said transport surface is made of a material of high hardness to limit its wear and scratch formation, selected from a group comprising hard steels, carbide materials and especially tungsten carbide, and combinations of these elements. In an advantageous example, the transport surface can undergo an anti-scratch treatment, the transport device comprises one or more electrical connection elements connected on the one hand to said transport surface and on the other hand to a setting circuit. to earth for the evacuation of electrostatic charges.
On s'assure ainsi d'une liaison équipotentielle de la surface de transport. - La surface de transport est équipée d'un moyen permettant de faire varier son inclinaison. - Le dispositif de transport comprend au moins un moyen de transport de ladite poudre recevant ladite poudre en sortie de ladite surface de transport.This ensures an equipotential bonding of the transport surface. - The transport surface is equipped with a means for varying its inclination. - The transport device comprises at least one transport means of said powder receiving said powder at the output of said transport surface.
A titre purement illustratif, ce moyen de transport est une bande transporteuse. Avantageusement, une extrémité de ce moyen de transport de ladite poudre est placée en dessous de la sortie de ladite surface de transport. La présente invention concerne encore un procédé pour promouvoir l'écoulement d'une poudre constituée de particules facettées le long d'une surface de transport inclinée. Selon l'invention, ladite surface de transport ayant un état de surface dont l'écart moyen arithmétique Ra est inférieur ou égal à 0,2 um, et encore mieux inférieur ou égal à 0,05 um, - on applique des vibrations continues à ladite surface de transport dans le plan de la surface de transport et dans une direction perpendiculaire, ou sensiblement perpendiculaire, à la direction de plus grande pente de cette surface de transport, et - on incline ladite surface de transport d'un angle d'inclinaison 0 par rapport à un plan horizontal tel que : 0 2/3 a où a est l'angle de frottement des particules facettées à ladite surface de transport. Dans différents modes de réalisation particuliers de ce procédé de transport de poudre, chacun ayant ses avantages particuliers et susceptibles de nombreuses combinaisons techniques possibles : - la fréquence de vibration étant fixée et l'accélération relative étant supérieure à 2 g, on varie uniquement l'angle d'inclinaison 0 formé par ladite surface de transport par rapport à un plan horizontal, pour ajuster la vitesse d'écoulement de ladite poudre à la surface de ladite surface de transport, - la fréquence et l'accélération relative des vibrations appliquées à ladite surface de transport sont comprises respectivement entre 20 Hz et 300 Hz et 2g et 10 g, - préalablement, on détermine l'angle de frottement a entre ladite poudre et la surface de transport. Cet angle de frottement correspond à l'angle à partir duquel la poudre s'écoule naturellement sur un plan incliné fixe. La tangente de cet angle est le coefficient de frottement. L'angle peut donc également être calculé à partir de la mesure du coefficient de frottement réalisée à l'aide d'une cellule de cisaillement. Dans ce cas, l'angle de frottement est obtenu en calculant l'Arc tangente du coefficient de frottement. Dans le cas d'un mélange de poudres dont les particules ont des comportements différents, l'angle de frottement peut être déterminé en inclinant un plan recouvert du mélange jusqu'à ce que les particules commencent à bouger. Alternativement on peut utiliser une cellule de cisaillement. Pour cela, le mélange est disposé dans un réceptacle avec une partie fixe du tas de poudre et une partie qui est mobile par rapport à la partie fixe et la force appliquée à la partie qui est mobile est mesurée. On en déduit le coefficient de frottement paroi/particule et donc l'angle de frottement. Ceci est particulièrement intéressant dans le cas des mélanges de poudre qui peuvent ne pas être homogènes. La présente invention concerne encore l'utilisation du dispositif de transport d'une poudre tel que décrit précédemment pour le transport d'une poudre d'oxyde d'uranium, de poudre d'oxyde mixte Pu-U ou d'un mélange d'oxydes d'uranium et de plutonium. Le mélange d'oxydes d'uranium et de plutonium Pu-U est à titre purement illustratif, préparée de manière conventionnelle par broyage mécanique de matériaux Pu02 and UO2. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres avantages, buts et caractéristiques particulières de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre faite, dans un but explicatif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un dispositif de transport de poudre cohésive selon un mode de réalisation particulier de la présente invention, - la figure 2 montre, dans un mode de mise en oeuvre particulier de la présente invention, la vitesse d'écoulement du lit de poudre (axe des ordonnées, en mm/s) en fonction de l'accélération relative de ce lit de poudre (axe des abscisses, en g) et pour différents angles d'inclinaison de la surface de transport dans le cas de granulés mécaniques fabriqués à partir de poudre d'alumine, - la figure 3 représente schématiquement R la mesure de la surface projetée sur le plan inclinée du lit de poudre rapportée à sa surface initiale (axe des ordonnées) de la Figure 3 en fonction du temps t (axe des abscisses 9, en s), - la figure 4 est une vue en perspective d'un exemple de réalisation pratique du dispositif de transport selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION Tout d'abord, on note que les figures ne sont pas à l'échelle. La description qui suit décrit l'invention mise en oeuvre pour le transport de poudre constituée de particules facettées dans une installation pour la fabrication de pastilles de combustible nucléaire ; cependant, l'invention s'applique au transport de toute poudre et à la fabrication de pastilles de tout type. Elle n'est ainsi pas limitée au seul domaine de l'industrie nucléaire mais concerne également le transport de produits médicamenteux en poudre et la fabrication de pastilles à partir de ces produits.For purely illustrative purposes, this means of transport is a conveyor belt. Advantageously, one end of this transport means of said powder is placed below the exit of said transport surface. The present invention further relates to a method for promoting the flow of a powder of faceted particles along an inclined conveying surface. According to the invention, said transport surface having a surface state whose arithmetical average deviation Ra is less than or equal to 0.2 μm, and more preferably less than or equal to 0.05 μm, - continuous vibrations are applied to said transport surface in the plane of the transport surface and in a direction perpendicular to, or substantially perpendicular to, the direction of greatest slope of said transport surface, and - said conveying surface is inclined at an inclination angle 0 with respect to a horizontal plane such that: 0 2/3 a where a is the angle of friction of the faceted particles at said transport surface. In various particular embodiments of this powder transport method, each having its particular advantages and capable of numerous possible technical combinations: the vibration frequency being fixed and the relative acceleration being greater than 2 g, only the angle of inclination 0 formed by said conveying surface with respect to a horizontal plane, for adjusting the flow velocity of said powder on the surface of said transport surface, - the frequency and the relative acceleration of the vibrations applied to said transport surface are respectively between 20 Hz and 300 Hz and 2g and 10 g, - beforehand, it determines the angle of friction a between said powder and the transport surface. This angle of friction corresponds to the angle from which the powder flows naturally on a fixed inclined plane. The tangent of this angle is the coefficient of friction. The angle can therefore also be calculated from the measurement of the coefficient of friction achieved by means of a shear cell. In this case, the angle of friction is obtained by calculating the Arc tangent of the coefficient of friction. In the case of a mixture of powders whose particles have different behaviors, the angle of friction can be determined by tilting a covered plane of the mixture until the particles begin to move. Alternatively one can use a shear cell. For this, the mixture is arranged in a receptacle with a fixed part of the powder pile and a part which is movable relative to the fixed part and the force applied to the part which is movable is measured. We deduce the coefficient of friction wall / particle and thus the angle of friction. This is particularly interesting in the case of powder mixtures that may not be homogeneous. The present invention also relates to the use of the device for transporting a powder as described above for the transport of a uranium oxide powder, a mixed Pu-U oxide powder or a mixture of oxides of uranium and plutonium. The mixture of uranium oxides and plutonium Pu-U is purely illustrative, prepared conventionally by mechanical grinding of Pu02 and UO2 materials. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other advantages, aims and particular features of the present invention will emerge from the description which follows, for an explanatory and non-limiting purpose, with reference to the appended drawings, in which: FIG. cohesive powder transport device according to a particular embodiment of the present invention, - Figure 2 shows, in a particular embodiment of the present invention, the flow rate of the powder bed (ordinate axis, in mm / s) as a function of the relative acceleration of this bed of powder (abscissa axis, in g) and for different angles of inclination of the transport surface in the case of mechanical granules made from powder of alumina, - Figure 3 shows schematically R measurement of the projected surface on the inclined plane of the powder bed reported at its initial surface (ordinate axis) of the 3 is a perspective view of an exemplary practical embodiment of the transport device according to the invention. DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE INVENTION Firstly, it is noted that the figures are not to scale. The following description describes the invention used for the transport of powder consisting of faceted particles in an installation for the manufacture of nuclear fuel pellets; however, the invention applies to the transport of any powder and the manufacture of pellets of any type. It is thus not limited solely to the field of the nuclear industry but also relates to the transport of drug products in powder form and the manufacture of pellets from these products.
Dans la suite de la description, il sera fait mention du transport d'une poudre à des fins de simplicité mais il sera compris que l'invention s'applique également aux mélanges de poudre. La figure 1 montre un dispositif de transport de poudre de dioxyde d'uranium UO2 selon un mode de réalisation préféré de la présente invention.In the remainder of the description, mention will be made of the transport of a powder for the sake of simplicity, but it will be understood that the invention also applies to powder mixtures. FIG. 1 shows a device for transporting UO2 uranium dioxide powder according to a preferred embodiment of the present invention.
Ce dispositif de transport comporte un plan incliné 1, la surface externe de ce plan incliné définissant une surface libre de transport de poudre présentant un état de surface dont l'écart moyen arithmétique Ra est inférieur ou égale à 0,2 um.This transport device comprises an inclined plane 1, the external surface of this inclined plane defining a free powder transport surface having a surface state whose average arithmetic mean distance Ra is less than or equal to 0.2 μm.
Par exemple le plan incliné 1 est réalisé dans une feuille en acier inoxydable dont la surface libre présente un état de surface dont l'écart moyen arithmétique Ra est égal à 0,03 um. Ce plan incliné 1 est solidaire d'un plateau 2 horizontal en formant un angle d'inclinaison 0 variable avec celui-ci. Pour cela, le dispositif de transport comporte un moyen (non représenté) pour faire varier l'angle d'inclinaison formé par la surface de transport avec le plateau horizontal 2. Ce plan incliné 1 est relié avantageusement par une tresse métallique souple (non représentée) à un circuit de mise à la terre afin de s'assurer de l'évacuation de charges électrostatiques éventuelles. Le plateau 2 horizontal est lié mécaniquement à un générateur 3 de vibrations continues, lequel génère des vibrations 4 dans le plan incliné et perpendiculaires ou sensiblement perpendiculaire à la direction de plus grande pente de la surface de transport qui correspond à la direction d'écoulement du lit de poudre le long de la surface de transport 1. Cette direction est symbolisée par l'axe X sur les figures 1 et 4. On entend par "des vibrations sensiblement perpendiculaires à la direction de plus grande pente", des vibrations dont la direction est inclinée au plus de 100 par rapport à la direction de plus grande pente. L'angle p est alors : -10° 10° en considérant le sens trigonométrique. A titre illustratif uniquement, les vibrations générées ont ici une fréquence comprise entre 20 Hz et 300 Hz et une forme sinusoïdale. L'accélération relative de ces vibrations est comprise entre 1g et 10g. Plus particulièrement, les vibrations générées peuvent avoir une fréquence comprise entre 30 Hz et 150 Hz et une accélération relative inférieure à 4g. Le dispositif comporte également un dispositif d'alimentation 5 de poudre en vrac, lequel est placé dans la partie haute du plan incliné 1. Ce dispositif d'alimentation 5 permet de déposer de manière continue ou discontinue une quantité de poudre sur la surface de transport 1. L'orifice d'alimentation (non représenté) de ce dispositif 5 permet de déposer la poudre sur la surface de transport 1 au droit de cet orifice d'alimentation sous forme d'un tas d'une hauteur de l'ordre de 3 à 10 mm. Sous l'effet des vibrations, le lit de poudre s'étale à la surface du plan incliné 1 pour atteindre typiquement une largeur de l'ordre de plusieurs dizaines de mm. La valeur maximale de l'angle d'inclinaison 0 de la surface de transport est déterminée par la formule suivante : 0 = 2/3 a où a est l'angle de frottement de la poudre à la surface de transport. L'inclinaison de la surface de transport déterminant la force prédominante dans le bilan des forces s'appliquant sur une poudre, cette valeur maximale de l'angle d'inclinaison 0 de la surface de transport assure la prédominance de la force de vibration dans le bilan des forces. L'angle d'inclinaison 0 est alors : CiEl 2/3 a Sur la figure 4, on peut voir un exemple de réalisation pratique du dispositif de transport de poudre selon l'invention. Le dispositif comporte un châssis 10 sur lequel est monté de manière mobile le plan incliné 1. Comme cela est représenté et de manière avantageuse, le plan incliné 1 est un plateau sans rebord offrant une grande accessibilité. Ceci est rendu possible par les moyens mis en oeuvre par l'invention.For example, the inclined plane 1 is made in a stainless steel sheet whose free surface has a surface state whose average arithmetic difference Ra is equal to 0.03 μm. This inclined plane 1 is secured to a horizontal plate 2 by forming an inclination angle θ variable therewith. For this, the transport device comprises means (not shown) for varying the angle of inclination formed by the transport surface with the horizontal plate 2. This inclined plane 1 is advantageously connected by a flexible metal braid (not shown ) to a grounding circuit to ensure the evacuation of any electrostatic charges. The horizontal plate 2 is mechanically connected to a generator 3 of continuous vibrations, which generates vibrations 4 in the inclined plane and perpendicular or substantially perpendicular to the direction of greatest slope of the transport surface which corresponds to the direction of flow of the Powder bed along the transport surface 1. This direction is symbolized by the X axis in Figures 1 and 4. "Vibrations substantially perpendicular to the direction of greatest slope" means vibrations whose direction is inclined at most 100 relative to the direction of greater slope. The angle p is then: -10 ° 10 ° considering the trigonometric direction. As an illustration only, the vibrations generated here have a frequency of between 20 Hz and 300 Hz and a sinusoidal shape. The relative acceleration of these vibrations is between 1g and 10g. More particularly, the vibrations generated may have a frequency of between 30 Hz and 150 Hz and a relative acceleration of less than 4 g. The device also comprises a bulk powder supply device 5, which is placed in the upper part of the inclined plane 1. This feed device 5 makes it possible to deposit continuously or discontinuously a quantity of powder on the transport surface 1. The supply port (not shown) of this device 5 allows to deposit the powder on the transport surface 1 to the right of this supply port in the form of a pile of a height of the order of 3 to 10 mm. Under the effect of vibrations, the bed of powder spreads on the surface of the inclined plane 1 to typically reach a width of the order of several tens of mm. The maximum value of the inclination angle θ of the transport surface is determined by the following formula: 0 = 2/3 a where a is the angle of friction of the powder at the transport surface. Since the inclination of the transport surface determines the predominant force in the balance of forces applying to a powder, this maximum value of the inclination angle θ of the transport surface ensures the predominance of the vibration force in the balance of forces. The inclination angle θ is then: CiEl 2/3 a In FIG. 4, an exemplary practical embodiment of the powder transport device according to the invention can be seen. The device comprises a frame 10 on which is mounted movably the inclined plane 1. As shown and advantageously, the inclined plane 1 is a plate without flange providing great accessibility. This is made possible by the means implemented by the invention.
Le châssis comporte deux glissières 11 parallèles horizontales et deux glissières parallèles verticales 12. Le plan incliné 1 comporte deux galets 13 coulissant chacun dans une glissière horizontale 11 et deux galets (non visibles) coulissant chacun dans une glissière verticale 12. Des moyens (non représentés) permettent de modifier l'angle d'inclinaison 0 de la surface de transport par rapport à la direction horizontale, par exemple il s'agit de moyens de blocage des galets dans les glissières. Sinon lorsque les galets sont libres de coulisser dans les glissières le réglage de l'angle d'inclinaison 0 se fait simplement en faisant coulisser les galets dans les rails. Le générateur de vibration 3 est formé dans l'exemple de réalisation par un pot vibrant disposé sur le côté du châssis 10 et relié mécaniquement à celui-ci ou directement au plan incliné, par exemple par une tige mobile, pour appliquer des vibrations à la surface de transport perpendiculairement ou sensiblement perpendiculairement à la direction X. La direction des vibrations est symbolisée par les flèches 14.The chassis comprises two parallel horizontal slides 11 and two vertical parallel slides 12. The inclined plane 1 comprises two rollers 13 each sliding in a horizontal slide 11 and two rollers (not visible) each sliding in a vertical slide 12. Means (not shown ) allow to change the angle of inclination 0 of the transport surface relative to the horizontal direction, for example it is means for locking the rollers in the slideways. Otherwise when the rollers are free to slide in the slides the adjustment of the tilt angle 0 is simply by sliding the rollers in the rails. The vibration generator 3 is formed in the exemplary embodiment by a vibratory pot disposed on the side of the frame 10 and mechanically connected thereto or directly to the inclined plane, for example by a movable rod, to apply vibrations to the transport surface perpendicularly or substantially perpendicular to the direction X. The direction of vibration is symbolized by the arrows 14.
A titre purement illustratif, la poudre mise en oeuvre dans ce mode de réalisation est composée de granulés d'alumine ayant une granulométrie comprise entre 0 et 500 um et dont l'angle de frottement est égal à 47°. Cet angle correspond à l'angle d'inclinaison du plan à partir duquel la poudre s'écoule naturellement. La Figure 2 montre, dans un mode de mise en oeuvre particulier de la présente invention, la vitesse d'écoulement du front arrière de lit de poudre d'alumine (axe des ordonnées 6, en mm/s) en fonction de l'accélération relative de ce lit de poudre (axe des abscisses 7, en g) et pour différents angles d'inclinaison de la surface de transport 1, les vibrations ayant une fréquence de 30 Hz On voit qu'a partir d'une accélération relative de 2,8 g dans les conditions de réalisation de cet essai, la vitesse de déplacement du lit de poudre est constante. Le réglage de la vitesse de déplacement du lit de poudre est uniquement obtenu par l'inclinaison donnée à la surface de transport. Ainsi, dans l'exemple représenté pour une fréquence de vibration donnée et une accélération relative supérieure à 2 g, le réglage de la vitesse d'écoulement du lit de poudre peut s'effectuer en modifiant uniquement la valeur de l'angle d'inclinaison 0 de la surface de transport, cette valeur de l'angle d'inclinaison 0 étant choisie inférieure ou égale à 2/3 a. Cet effet est inattendu et va à l'encontre des préjugés techniques de l'homme du métier qui se serait attendu à ce que l'application en continu de vibrations étale et fragmente le lit de poudre constituée de particules facettées allant jusqu'à la ségrégation en taille et/ou en forme des particules ainsi que le provoquent, par exemple, les tables vibrantes dans le but d'effectuer un tri des particules. Or, au contraire, on observe un régime de glissement continu et régulier du lit de poudre.For purely illustrative purposes, the powder used in this embodiment is composed of alumina granules having a particle size of between 0 and 500 μm and whose angle of friction is equal to 47 °. This angle corresponds to the angle of inclination of the plane from which the powder flows naturally. FIG. 2 shows, in a particular embodiment of the present invention, the flow velocity of the alumina powder bed rear edge (ordinate axis 6, in mm / s) as a function of the acceleration relative to this bed of powder (abscissa axis 7, in g) and for different angles of inclination of the transport surface 1, the vibrations having a frequency of 30 Hz It can be seen that starting from a relative acceleration of 2 , 8 g under the conditions of carrying out this test, the moving speed of the powder bed is constant. The adjustment of the speed of displacement of the powder bed is only obtained by the inclination given to the transport surface. Thus, in the example shown for a given vibration frequency and a relative acceleration greater than 2 g, the flow rate of the powder bed can be adjusted by changing only the value of the angle of inclination. 0 of the transport surface, this value of the inclination angle θ being chosen less than or equal to 2/3 a. This effect is unexpected and goes against the technical prejudices of a person skilled in the art who would have expected the continuous application of vibrations to spread and fragment the bed of powder consisting of faceted particles up to segregation in size and / or shape of the particles as provoke, for example, the vibrating tables for the purpose of sorting the particles. On the contrary, a continuous and regular sliding regime of the bed of powder is observed.
Il sera compris que la valeur de l'accélération relative n'est pas limitative et dépend des propriétés de la poudre et/ou de l'état de surface du plan incliné. La Figure 2 montre ainsi la maîtrise obtenue dans la vitesse d'écoulement du lit de poudre suivant la direction d'écoulement (l'axe x) du lit de poudre le long de la surface de transport 1. La Figure 3 représente schématiquement le rapport R de la mesure de la surface projetée sur le plan inclinée du lit de poudre sur sa surface initiale (axe des ordonnées 8) de la Figure 3 en fonction du temps t (axe des abscisses 9, en s). Il ressort des différentes courbes mesurées que la surface projetée en vue de dessus du lit de poudre se conserve et atteint un palier après quelques instants, typiquement de l'ordre de 7 s pour une accélération relative de 2,8 g dans les conditions de réalisation de cet essai. Le lit de poudre atteint un régime stationnaire où ses dimensions tridimensionnelles se conservent dans le temps.It will be understood that the value of the relative acceleration is not limiting and depends on the properties of the powder and / or the surface condition of the inclined plane. FIG. 2 thus shows the control obtained in the flow rate of the powder bed in the direction of flow (the x-axis) of the powder bed along the transport surface 1. FIG. 3 schematically represents the ratio R of the measurement of the projected surface on the inclined plane of the powder bed on its initial surface (ordinate axis 8) of Figure 3 as a function of time t (abscissa axis 9, in s). It emerges from the various measured curves that the projected surface in plan view of the powder bed is preserved and reached a plateau after a few moments, typically of the order of 7 s for a relative acceleration of 2.8 g under the conditions of embodiment of this essay. The bed of powder reaches a stationary regime where its three-dimensional dimensions are preserved in time.
Il n'y a pas de ségrégation des particules, ni fragmentation du lit de poudre mais formation d'une monocouche dont l'épaisseur maximale est donnée par les dimensions des particules les plus grosses. Les dimensions du lit de poudre n'évoluant plus après avoir atteint le régime stationnaire, il est alors possible de déterminer le débit de poudre en sortie du dispositif de transport de poudre. Le débit est fonction des conditions de vibration et du débit d'alimentation de la surface de transport lorsque l'apport en poudre est continu. En outre, cette absence très avantageuse de fragmentation du lit de poudre permet d'avoir un plan incliné formé d'un plateau sans rebord, présentant une grande accessibilité, notamment pour la maintenance et le nettoyage.There is no particle segregation, nor fragmentation of the powder bed but formation of a monolayer whose maximum thickness is given by the dimensions of the largest particles. Since the dimensions of the powder bed no longer change after reaching steady state, it is then possible to determine the powder flow rate at the outlet of the powder transport device. The flow rate is a function of the vibration conditions and the feed rate of the transport surface when the powder supply is continuous. In addition, this very advantageous fragmentation of the powder bed makes it possible to have an inclined plane formed of a plate without a flange, having a great accessibility, especially for maintenance and cleaning.
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