Brevet FR2044649A1 — publié le 19710226

Dans un réacteur nucléaire les cartouches de combustible ne sont pas usées de la même manière en tous les points du réacteur ni même en tous les points d'un canal ; par exemple les cartouches qui se trouvent au centre du coeur du réacteur sont plus usées que celles qui se trouvant sur la périphérie. I1 est donc nécessaire de prévoir des moyens pour remplacer les cartouches usées ou dans certains cas pour intervertir la position des cartouches d'un même canal en les mettant tour à tour au centre ou aux extrémités. La présente invention concerne une installation des- tinée à ce réarrangement des cartouches de combustible, dans le cas particulier où les éléments combustibles sont formés par des cartouches enfilées sur une tringle solidaire à l'une de ses extrémités d'un bouchon de fermeture du canal du réacteur et à son autre extrémité d'une ogive de guidage. Le réarrangement de tels éléments combustibles peut être effectué au moyen de différents systèmes qui opèrent le retrait de la tringle, la réarrangement des cartouches puis le glissement de ladite tringle dans le conduit axial de l'ensemble des cartouches soit dans un faux canal voisin du réacteur, soit dans une piscine auxiliaire d'eau légère. Dans le premier cas, la manoeuvre et tout particulià rement l'introduction de la tringle, qui est longue et flexible, dans le conduit étroit ménagé dans les cartouches doit s1effec- tuer de manière automatique, à distance et pratiquement sans surveillance possible. Par ailleurs les frottements au fur et à mesure de l'enfoncement de la tringle dans les cartouches risquent de conduire à des efforts intolérables sur ladite tringle. Dans le second cas, la manipulation est effectuée avec une visibilité correcte à l'intérieur de la piscine mais elle exige le transfert du combustible jusqu a ladite piscine c'est-à-dire la plupart du temps le changement de milieu de ce combustible. Ceci entraîne des risques de surchauffe temporaire des gaines, de pertes ou de dégradations du fluide réfrigérant, un fluide onéreux lorsqu'il s'agit de l'eau lourde. De plus, le passage d'un fluide à l'autre nécessite le déplacement d'un train complet de cartouches, bouchons compris, c'est-à-dire d'un objet extrêmement encombrant. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en permettant la réarrangement des cartouches à ltextérieur du réacteur sans transfert du combustible d'un milieu réfrigérant dans un autre et sans avoir à introduire au cours d'une opération ttaveugle" une tringle longue et flexible dans un-conduit étroit. Cette invention a en effet pour objet une installation qui comporte des tubes destinés à contenir les cartouches de combustible, fendus longitudinalement et disposés verticalement à llintérieur d'une enceinte étanche en cercle autour d'une potence rotative supportant un tube de transfert également fendu, une nacelle de levage mobile verticalement le long de ltun ou l'autre des tubes et du tube de transfert, présentant au droit de la fente du tube un doigt mobile de dégagement de la cartouche à transporter et une palette escamotable de support de cette cartouche, des moyens de liaison de ltun des tubas, muni dtun organe de fermeture, à l'extérieur et au moins un autre tube pour l'évacuation des cartouches usées, des moyens de déversement en pluie du fluide de refroidissement des cartouches à la partie supérieure de l'enceinte et un orifice d'évacuation de ce fluide à la partie inférieure de l'enceinte. L'installation comporte également des moyens de manipulation A distance permettant de désolidariser l'ogive de guidage des éléments combustibles d'avec la tringle. L'élément combustible- constitué par les cartouches enfilées sur une tringle, le bouchon et l'ogive de guidage est retiré diun canal actif par la machine de manutention qui introduit à sa place un élément combustible neuf ou précédemment réarrangé. La machine de manutention vient s'accoupler à l'organe de fermeture de canal situÉ sous l'enceinte étanche , qui communique avec un des tubes fendus. La machine de manutention introduit l'élément combustible à réarranger dans ce tube. Un manipulateur placé dans l'axe du tube vient déconnec- ter l'ogive de sur la tringle et la retire. Le tube de transfert est placé au-dessus du tube et la nacelle descend en prenant appui sur ltextérieur du tube. Les cartouches de ltélément combustible à réarranger sont alors soulevées une à une par la nacelle de levage et transportées en position verticale à l'intérieur du tube de transfert jusqu'à un tube de stockage ou d'évacuation par le pivotement de la potence. De même les cartouches neuves sont transférées par la nacelle du tube de stockage au tube de réarrangement et enfilées une à une sur la tringla. Les frottements sont ainsi réduits au minimum. Des systèmes optiques disposés sur l'enceinte permettent de surveiller aisément la manipulation. Le refroidissement des éléments combustibles dans l'en- ceinte est assuré par le mMe fluide que celui qui parcourt les canaux du réacteur de sorte que le transfert du combustible du canal du réacteur au tube de réarrangement ne pose pas de problèmes particuliers. Ce refroidissement s'effectue sous forme de douche. Divers autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressotront tailleurs de la description ci-dessous d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés. Sur ceux-ci - La figure t est une vue schématique, en coupe longitudinale, d'une installation de réarrangement des cartouches de combustible. - La figure 2 est une vue schématique, en coupe suivant la ligne I-I de la figure 1. - La figure 3 est une vue latérale, avec arrachements partiels, à plus grande échelle de l'appareil de levage des cartouches. La Figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'un tube montrant le système de centrage de la tringla. - La figure 5 est une vue en coupe de la nacelle de levage en position sur le tube. - La figure 6 est une vue latérale partielle de la nacelle en position de dégagement de la cartouche à transporter. - La figure 7 est également une vue partielle de cette nacelle en position de soulèvement de la cartouche. - La figure 8 est une vue de détail, en coupe à plus grande échelle, de la commande de la palette de support de la cartouche. Cette installation de réarrangement des cartouches de combustible comporte une enceinte étanche t fermée à sa partie supérieure par un bouchon 2 de préférence amovible. A l'intérieur de cette enceinte un certain nombre de tubes verticaux 4, 4a, tronqués longitudinalement de façon à présenter une fente 6 sont disposés en cercle autour d'un axe rotatif 8 (fig.2). L'un de ces tubes 4 est relié (fiv.1) par l'intermédiaire d'un conduit 11 portant éventuellement une vanne 10 à une machine de chargement non représentée. il est destiné à recevoir l'élément de combustible à réarranger, de préférence un élément comprenant un certain nombre de cartouches 3 enfilées sur une tringle 5 solin daire à sa partie inférieure d'un bouchon 7 et une ogive de guidage 9 montée à la partie supérieure de cette même tringle 5. Les autres tubes 4a constituent des tubes de stockage destinés d'une part à contenir les cartouches neuves et d'autre part à recueillir les cartouches usagées, l'un de ces derniers tubes étant relié par un sas et une canalisation non représentés à un système d'évacuation des cartouches usées par exemple vers une piscine de stockage. L'axe 8 supporte également des bras radieux 30 terminés par des pommes de douches 32 et reliés, par un conduit 31 traversant un prolongement 19 de l'axe 8, à une source de fluide située à l'extérieur de l'enceinte, fluide qui est le même que celui qui refroidit les canaux du réacteur nucléaire, par exemple de l'eau lourde, A l'opposé de ces pommes de douche c'est-à-dire à sa partie inférieure, l'enceinte est percée d'un orifice 34 de récupération de cette eau lourde au fur et à mesure. Des bras 30 sont fixés tout autour de la partie supérieure de l'axe 8 de façon que toutes les cartouches soient arro;!= par le fluide de refroidissement quelle que soit leur position dans l'enceinte. L'axe 8 constitue par ailleurs l'arbre-rotatif d'une potence formée par un tube de transfert 12 rendu solidaire dudit axe par un bras 14. Cette potence tourne, sous l'action d'un moteur extérieur non représenté dans des roulements à billes 16 et 18, fixés respectivement dans le fond de l'enceinte et dans le bouchon amovible 2, de façon à amener ledit tube de transfert 12 dans le prolongement de l'un ou l'autre des tubes 4 ét 4å. Le fluide de refroidissement est également injecté à travers la paroi du tube de transfert 12 au moyen de conduits 31 et 30 traversant le bras 14 de façon à ce que le refroidissement des cartouches contenues dans le tube 4 ou 4a sur lequel on travaille soit assuré. Au dessous du bras 14 et à sa partie inférieure l'axe 8 supporte (fig. 3) des pignons 21 d'entraînement d'une chaîne élévatrice 20 de commande d'une nacelle de levage 22 guidée par un bras 24 terminé par une fourche glissant grâce à des galets 26 sur l'axe 8 d'une part et à des galets 28 sur l'un des tubes de l'enceinte, soit le tube de transfert 12, soit l'un ou l'autre des tubes 4 ou 4a. L'axe 8 est creux au moins à sa partie supé- rieure et le pignon supérieur 21 est entraîné par îtintérrtiédiaire dtune transmission mécanique 35 par un arbre 37 monté dans l'axe 8 et relié à un système moteur extérieur. La nacelle de levage 22 est constituée par un corps allongé 23 dont le côté solidaire du bras 24 est fixé sur la chaîne 20 et qui est muni à ses deux extrémités d'un embout central 25, 27 de support des galets 28 de guidage de son glissement sur le tube 4 ou 12. Cette nacelle 22 comporte en outre (fig. 5 à 8) au droit des fentes 6 des tubes un p-rolongement radial 42 perré d'un évidement 44 de logement de deux doigts parallèles 36 (Fig.6 et 7), pivotant dans un plan vertical autour d'un même axe 38, qui en position horizontale font légèrement saillie à l'intérieur du tube. Ces doigts 36 sont abaissés dans ladite position horizontale par des ressorts 40 appuyés sur la partie supérieure de l'évidement 44 du prolongement 42 et ils peuvent dans cette position coulisser en même temps que l'axe 38 contre l'action d'un ressort 46 qui les repousse vers la position de saillie dans le tube. En dessous de ces doigts 36 et parallèle à eux une palette 48 est montée coulissante dans un second évidement 50 du prolongement 42. Cette palette 48 est terminée au droit de la fente 6 par deux doigts 52 écartés d'une distance au moins égale au diamètre de la tringle 5 de support des cartouches 3. Elle est de plus solidaire d'une crémaillère 56 (Fig.8) en prise avec un pit gnon 58 entrainé par ltintermé;diaire d'un arbre 60 par un moteur 62 fixé au dessus du prolongement 42 et relié par un cible 64 à une source extérieure de courant électrique.La longueur de cette crémaillère 56 est telle que la palette peut se déplacer entre une position entièrement escamotée dans le logement 50 (fig.6) et une position de saillie dans le tube 4 ou 4a telle que les doigts 52 soient glissés entre deux cartouches superposées et supportent la cartouche supérieure 3 à soulever (fig.7). Ces doigts 52 font de plus saillie au dessus de la palette 48 et peuvent venir chacun au contact d'une butée 66 solidaire de la partie inférieure du doigt 36. Sur la figure 3, la nacelle 22 est représentée autour du tube de transfert 12 Elle supporte l'ogive de guidage 9. En effet avant toute manipulation des cartouches, il est nécessaire de retirer l'ogive 9 qui termine l'élément combustible. Cette ogive devant être remise à la même place est de préférence enlevée à travers la tube de transfert 12 par un manipulateur 86 (fig.1) commandé depuis l'extérieur de l'enceinte et pénétrant dans celleci par un conduit 88 traversant le bouchon 2 au droit du tube 4. Ogive est stockée à l'extérieur de l'enceinte ou maintenue dans le tube 88 pendant la manipulation des cartouches, un système d'étanchéité approprié étant prévu à cet effet. LOrsque la nacelle descend sur le tube 4 qui contient l'élément combustible à réarranger, le contact de la première cartouche 3 avec l'extrémité légèrement inclinée des doigts 36 repousse ceux-ci vers le haut et les fait pivoter autour de l'axe 38 ainsi que représenté en pointillés sur la figure 6. La palette 48 est elle escamotée dans le logement 50. La nacelle peut alors descendre librement jusqu'au moment où les doigts 36 ayant glissé le long de toute la cartouche 3 pénètrent dans le très léger espace qui sépare cette première cartouche 3 de la cartouche suivante 3a. Comme les doigts 36 sont repoussés par le ressort 40 vers la position horizontale, ils viennent s'insérer entre les deux cartouches. Un léger déplacement vers le haut de la nucelle 22 soulève alors ladite cartouche 3, la dégage de la cartouche 3a et manage entre ces deux cartouches un espace égal à ltépaisseur des doigts 52. Le moteur 62 mis en route, commande le glissement de la palette 48 entre les deux cartouches, les doigts 52 venant se placer de chaque côté d la tringle 5. Lorsque la nacelle est ensuite soulevée en direction du tube 12, la cartouche 3 est entièrement supportée par la palette 48 (fig.5). Le mouvement de la chaîne 20 reconduit cette nacelle jusqu'au tube de transfert 12 dans lequel est introduite la cartouche 3. La potence formée par l'axe 8 et ledit tube de transfert 12 pivote en direction du tube de stockage 4a dans lequel doit être placée la cartouche soulevée puis la nacelle glisse autour de ce tube et descend ladite cartouche jusqu'au fond de ce tube. Le moteur 62 est alors remis en marche et par une rotation en sens inverse du pignon 58 recule la palette 48 vers sa position d'escamotage dans le logement 50 jusqu'au moment où les doigts 52 de la palette entrent en contact avec les butées 66 fixées à la partie inférieure des doigts 36. La nacelle 22 est alors légèrement abaissé pour poser la cartouche 3 supportée par les seuls doigts 36 sur la cartouche inférieure 34. Puis un nouveau mouvement en arrière de la palette 48 et des doigts 52.entraine le retrait des doigts 36 contre l'action du ressort-46. La cartouche est ainsi complètement libre et la nacelle peut être remontée seule à la partie supérieure du tube 4a. Elle est prête à prendre une autre cartouche. il est ainsi possible de déplacer des cartouches de l'élément combustible en les mettant soit dans les tubes de stockage soit dans le tube d'évacuation. Pendant toutes les manipulations la fente 6 obtenue par usinage d'un plan sécant du tube permet un controle visuel. Des cartouches neuves, et/ou des cartouches déjà usagées sont ensuite introduites dans le tube 4 en étant disposées dans un ordre différent du précédent. La tringle 5 de l'élément combustible est restée en position dans le tube 4 ainsi que le bouchon 7 dont elle est solidaire. Il est donc nécessaire lors de cette introduction de présenter très précisément la cartouche au droit de la tringle pour éviter que les frottements ne la déforment et par suite ne rendent difficile l'introduction des cartouches suivantes. Le tube 4 est dans ce but muni extérieurement sur toute sa longueur de deux ailettes 70 diamétralement opposées et intérieurement de Zames.; flexibles longitudinales 72,incurvées sensi blement en forme de V dont le sommet est à proximité de l'axe du tube. Ce sommet est percé d'une entaille 74 d'une largeur au moins égale à celle de la tringle 5 (fig. 4) et destinée à veNir s' ex boiter sur celle-ci tandis que les deux extrémités de la lame sont montées coulissantes dans une rainure rectiligne 76 creusée selon une génératrice du tube dont la longueur est au moins égale à celle de ladite lame. Ces lames sont décalées angulaire"cnt et longitudinalement sur la paroi interne du tube de façon à assurer en de cartouches un centrage efficace de la tringle. Lors de l'introduction d'une cartouche celle-ci écrase progressivement la lame 72 en faisant coulisser son extrémité dans la rainure 76. La lame s escamota dans ladite rainure et laisse un libre passage à la cartouche. Inversement lors de la remontée de la nacelle et de l'extraction d'une cartouche, les lames 72 maintenues par cette cartouche sont libérées et reprennent leur position en saillie dans le tube, tandis que les lames en V qui étaicnt libres audessus de ladite cartouche sont simplement écrasées par son passage avant de reprendre leur position de centrage de la tringle. Tout danger de déformation de la tringle au cours des divers ses manoeuvres est ainsi évité. Si toutefois la tringle a elle-même été détériorée dans le réacteur et doit être changée, elle est de préférence chargée à l'intérieur du tube de réarrangement 4 au moyen de fausses cartouches et évacuée en dehors de l'enceinte par la machine de manutention. Une autre tringle est alors amenée dans le tube 4 avec son bouchon et reçoit de la même manière les cartouches de combustible. Le réarrangement terminé l'ogive 9 est redescendue par le manipulateur 86 à travers le tube de transfert 12 et remise en place sur. la tringle 5. Des dispositifs de contrôle optique peuvent être disposés en différents points de l'enceinte 1 de façon à permettre la surveillance à distance des diverses manoeuvres et du bon fonctionnement de tous les organes. ~ Le réarrangement des cartouches est ainsi effectué de manière quasi-automatique en utilisant le même liquide de refroidissement que dans le réacteur. Le déversement sous forme de pluie ou de brouillard permet en effet de ne disposer que d'une quantité limitée du fluide qui est facilement récupéré au fur et à mesure. Ii est ainsi possible d'assurer le réarrangement dans une atmosphère d'eau lourde ou de tout autre liquide onéreux sans avoir besoin de disposer d'une piscine de ce liquide ni d'opérer dans le canal du réacteur. Diverses modifications pourraient d'ailleurs être apportées au mode de réalisation qui vient d'être décrit, sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple l'enceinte pourrait contenir plusieurs tubes de réarrangement correspondant chacun à un manipulateur de déplacement de l'ogive, l'un des tubes de réarrangement étant rempli ou vidé pendant la manipulation des cartouches des éléments contenus dans les tubes voisins. REVENDICATIONS 10) - Installation pour le réarrangement des cartouches de combustible d'un réacteur nucléaire, caractérisée en ce quelle comporte des tubes destinés à contenir les cartouches de combustible, fendus longitudinalement et disposés verticalement à l'intérieur d'une enceinte étanche, en cercle autour d'une potence rotative supportant un tube de transfert également fendu, une nacelle de levage mobile verticalement le long de l'un ou l'autre des tubes et du tube de transfert, présentant au droit de la fente du tube au moins un doigt mobile de dégagement de la cartouche à transporter et une palette escamotable de support de cette cartouche, des moyens de liaison de l'un des tubes, muni d'un organe de fermeture, à l'extérieur, au moins un autre tube pour l'évacuation des cartouches usées, des moyens de déversement en pluie du fluide de refroidissement des cartouches à la partie supérieure de l'enceinte et un orifice d'évacuation de ce fluide à la partie inférieure de l'enceinte. 20) - Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la palette escamotable de support de la cartouche est montée coulissante dans un logement radial de la nacelle et est solidaire d'une crémaillère entraînée par un système à pignon de commande de son déplacement entre une position escamotée à l'intérieur de la nacelle et une position de soulèvement en saillie dans le tube. 30) - Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le doigt de dégagement de la cartouche est monté pivotant dans un plan vertical et est repoussé par un système élastique en position horizontale de saillie dans le tube. 40) - Installation suivant la revendication 3, caractérisée en ce que le doigt pivotant est, en position horizontale, mobile radialement dans un logement de la nacelle. 50) - Installation suivant la revendication 4, caractérisée en ce que l'extrémité de la palette forme une saillie coopérant avec une butée du doigt pivotant en vue de leur coulissement simultané vers l'intérieur de la nacelle. 60) - Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que, les cartouches à réarranger étant enfilées sur une tringle, la palette est terminée par deux doigts de support de la cartouche glissant de part et'autre de cette tringle. 70) - Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que, les cartouches à réarranger étant enfilées sur une tringle munie d'une ogive de guidage-, l'installation comporte des moyens de manipulation à distance de cette ogive, en vue de sa séparation d'avec la tringle et de sa remise en place sur celle-ci à la fin de réarrangement. 80) - Installation suivant l'une des revendications 1 à 6,- caractérisée en ce que des lames flexibles longitudinales formant dessaillies en forme de V et décalées angulairement et longitudinalement sont montées à l'intérieur du tube, leurs extrémités coulissant dans des.rainures longitudinales de celui-ci. 90) - Installation suivant la revendication 8, caractérisée en ce que les lames fl-exiblessont percées à leur sommet d'une entaille d'emboîtement sur la tringle de l'élément combustible. 100) - Installation suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qusun dispositif à chaîne elévatrice de commande du déplacement vertical de la nacelle est fixé sur l'axe rotatif dans l'enceinte. 110) - Installation suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle comporte deux doigts de dégagement de la cartouche, pivotant autour d'un même axe.