Maintenance & Entreprise n°630

Maintenance nucléaire Technologies > Le serrage industriel dans l’industrie nucléaire SKF a réalisé en France la plus grande machine de serrage / desserrage agissant de manière simultanée et automatique sur l’ensemble des goujons d’un réacteur de cuve nucléaire. Pour garantir des interventions de précision en toute sécurité. La machine MSDG 21M est une machine de serrage / desserrage agissant de manière simultanée et automatique sur l’ensemble des goujons d’un réacteur de cuve nucléaire, afin de réaliser les opérations de fermeture et d’ouverture du couvercle dans les conditions de sécurité requise, dans le temps et avec la précision exigés. La problématique du serrage industriel Les assemblages et raccords boulonnés qui servent à fixer ensemble deux ou plusieurs pièces sont très courants dans les équipements mécaniques. Pour de nombreuses applications, il est extrêmement important d’assurer, au niveau des boulons, un effort de tension de serrage précis et homogène, ce qui requiert des outils et des méthodes de serrage adaptés. Les produits Hydrocam de SKF constituent une gamme économique de tendeurs hydrauliques de boulons conçue pour assurer un serrage sûr et précis des assemblages boulonnés. Cette gamme a été développée par le département Techniques de Serrage Industriel (TSI) qui se trouve en France, à Montigny-le -Bretonneux, près de Paris. La gamme Hydrocam va du tendeur manuel le plus simple jusqu’aux systèmes complets automatisés. TSI possède une expérience de plus de 40 ans dans une large palette d’applications allant du génie civil à l’aéronautique en passant par l’industrie nucléaire et les grands Un anneau de 6 mètres de diamètre sur lequel sont fixés 52 tendeurs moteurs diesels. Lorsqu’il est nécessaire d’agir simultanément et rapidement sur la totalité des goujons (ou boulons) de l’assemblage, l’on conçoit une machine combinant de multiples tendeurs identiques. D’une manière générale, indépendamment de l’application (nucléaire ou autre), le but est toujours le même : deux grandes couronnes doivent être assemblées avec une précharge spécifique, celle-ci devant respecter une exigence d’homogénéité. DE LA CONCEPTION DE LA MACHINE À SON EXPLOITATION Dans de nombreuses industries, les goujons (ou les boulons) sont des composants mécaniques critiques dont la fonction est essentielle pour la stabilité de systèmes complexes. Le comportement de ces composants peut avoir des conséquences majeures sur la performance de grands équipements, usines, organisations… La responsabilité complète du serrage industriel est assurée conjointement par le département TSI et le département Service (SKF France à Montigny), une mission qui démarre très en amont. Il s’agit d’abord de spécifier l’équipement optimal pour opérer dans une configuration propre à l’application du client (énergie, génie civil…). Selon la taille et le nombre de goujons (ou boulons), la solution optimale et personnalisée est définie (automatisation, monitoring…). Le département TSI, la Solution Factory (Montigny) et les ingénieurs d’application partagent leur expérience issue des nombreux cas déjà rencontrés dans toutes les industries. Les données opérationnelles seront collectées (quelle est la charge résiduelle dans chaque goujon ?). Les données sont collectées par des capteurs embarqués et centralisées. Puis elles sont interprétées (sont-elles dans les tolérances ?), de façon à permettre la prise des décisions : les conditions nominales ont-elles été atteintes ? Une correction est-elle nécessaire ? Se pose enfin la question de garantir la disponibilité de la machine pour le futur, une action de SKF menée dans le cadre de contrats de performance. 20 Juin 2013 – N°630

Maintenance nucléaire La couronne doit être serrée sur la couronne grâce à de multiples goujons. La machine commence par transporter les goujons au dessus de leur emplacement final puis les met en place, étape par étape. Enfin la force hydraulique est appliquée simultanément sur ​tous les goujons, de façon à assurer un serrage homogène en quelques minutes. Les contraintes propres au nucléaire Dans le cas de la machine MSDG 21M destinée au nucléaire, sur la cuve du réacteur et son couvercle : l’exigence principale est le respect du temps imposé pour l’ouverture et la fermeture du couvercle (respectivement 3,5 et 4 heures) tout en assurant la sécurité du personnel et en respectant la pré-charge imposée. Sans un haut niveau d’automatisation, cette machine ne pourrait pas remplir sa mission. La machine proprement dite est un anneau de 6 mètres de diamètre sur lequel sont fixés 52 tendeurs individuels. La machine porte également deux robots mobiles et le système hydraulique fournissant la pression aux tendeurs. Le stand est une structure destinée initialement au test de la machine. Ultérieurement, elle est utilisée pour poser la machine durant le temps où elle n’est pas utilisée pour le serrage ou le desserrage. Le pupitre de commande est doté d’une interface homme-machine pour piloter la machine avec le niveau de sécurité exigé. Cinq technologies principales Technologie de manutention : pour déplacer et positionner la machine (plus de 70 t, avec les goujons) avec une précision inférieure à 1 mm. Robotique : afin de minimiser le temps de cycle total (3,5 à 4 heures) grâce à l’automatisation de tâches répétitives sur tous les tendeurs individuels. Hydraulique de forte pression, jusqu’à 1400 bars, pour allonger simultanément les 52 goujons. Mesure : collecte et interprétation des données des capteurs embarqués. Contrôle-commande pour piloter le système complet (hardware, software)... SKF a développée des stratégies anticipant les déformations des différentes structures. Les opérations de fermeture et ouverture Les deux opérations de fermeture et ouverture sont effectuées tous les 12 à 18 mois (avec l’assistance de SKF). L’opération de fermeture se déroule en 4 heures, explique Didier Declerck, chef du département TSI Hydrocam. 1. La machine, portant les goujons, a été placée au dessus de l’ensemble cuve-couvercle. 2. Les goujons sont placés deux par deux, dans leurs trous taraudés, grâce aux deux robots mobiles opérant simultanément à bord de la machine. Les robots mettent en place les écrous de réaction qui seront nécessaires pour allonger les goujons (écrou de réaction : voir le schéma de principe de la page 2). Ils mettent aussi en place les 52 capteurs d’allongement (avec transmission de données sans fil). Cette mise en place est surveillée par 4 caméras vidéo. 3. Les goujons sont allongés simultanément par l’effet de la pression hydraulique dans les 52 tensionneurs. La charge est contrôlée par les capteurs d’allongement. Lorsque la charge spécifiée est atteinte, 52 actionneurs agissent simultanément sur les écrous de manière à produire le mouvement hélicoïdal conduisant à leur position définitive. Ceci est l’étape est la plus importante de l’opération. 4. Les écrous de réaction sont ensuite enlevés par les robots. 5. La machine est alors prête à être retirée du couvercle. L’opération d’ouverture se déroule en 3,5 heures. 1. La machine a été placée sur le couvercle. 2. Les robots viennent fixer les écrous de réaction. Une machine de 70 tonnes 3. Mise en pression des tensionneurs, allongement des goujons et action sur les écrous des goujons (desserrage). 4. Enlèvement des écrous de réaction. La machine est alors prête à repartir vers son lieu de stockage. L’expertise de SKF en conception et réalisation des machines de serrage / desserrage de goujons est complétée par la prise en charge de la mise en œuvre des machines et leur maintien en condition opérationnelle sur le long terme dans le cadre d’un contrat de performance. F. P. Juin 2013 – N°630 21