Brevet FR2033385A1 — publié le 19701204

La présente invention concerne un dispositif de verrouillage pour retenir des éléments de combustible nucléaire et un procédé pour commander ce dispositif en particulier pour recharger un réacteur A tubes sous pression0 Pendant le fonctionnement des réacteurs nucléaires du type d uranium naturel utilisant de l'oxyde dvuranium (UO2) comme combustible dans des tubes sous pression situés dans une cuve contenant de l'eau lourde comme modérateur, il est de pratique courante de re charger les canaux avec de nouveaux éléments combustibles tout en laissant le réacteur en marche0 Ce rechargement a lieu à travers des raccords des extrémités des canaux respectifs contenant le combustible, des machines ou appareils de rechargement étant fixés aux deux extrémités du canal0 I)es dispositifs de verrouillage sont utilisés pour retenir axialement les faisceaux dtéléments combustibles contre l'action des forces exercées par le courant de réfrigérant agissant a l'intérieur des tubes sous pression des canaux pour éléments combustibles et/ou contre les forces de la pesanteur dans le cas des machines de rechargement par le fond. Les faisceaux d'éléments combustibles passent vers l'intérieur à travers le verrou pendant le chargement normal et vers l'extérieur à travers le verrou pendant le chargement inverse. Suivant les pratiques antérieures, quand ltélément combustible est entré à travers le verrou, ltextrémité de tête de. ltélément est utilisée pour ouvrir des loquets de verrouillage de sorte que, pendant son entrée, il se produit un frottement important entre ltélément combustible et les loquets, avant le verrou, et il en résulte parfois un endommagement de ltélément combustible, ce frottement durant jusquà ce que l'élément combustible échappe des loquets en avant du verrou, les loquets pouvant ainsi revenir contre le nouvel élément combustible avec un choc indésirable. La présente invention a pour objet un dispositif de verrouillage pour des éléments combustibles ou des faisceaux d'éléments combustibles d'un réacteur nucléaire. Conformément à l'invention, pendait le chargement normal, le verrou ne commence à hêtre ouvert que quand l'élément combus- tible retenu par le verrou a été légèrement eloigné du verrou par le nouvel élément cpmbustible introduit, de sorte que les loquets du verrou sont décharges. Le nouvel élément combustible traversant le verrou doit seulement surmonter la force des ressorts agissant sur les loquets du verrou, et par suite le choc indésirable considéré ci-dessus nta pas lieu, Un mécanisme selon leinvention permet aussi de décharger un canal pour combustible par enlèvement d'un faisceau combustible en sens inverse à travers le verrou, cette opération comportant le déplacement des faisceaux combustibles dans le canal dans le sens axial pour les éloigner du verrou deune distance suffisante pour décharger le verrou, leouverture du verrou à partir du côté aval du verrou, la fixation du verrou ouvert, ltenlèvement dgun ou plusieurs faisceaux combustibles à travers le verrou et à partir du canal et la fermeture du verrou. Il doit être compris que le verrou selon l'invention convient pour le chargement normal, pour le chargement inverse et pour l'action par une extrémité comme ctest le cas pour un réacteur chargé verticalement par le fondu Pour permettre ces opérations, un verrou pour les éléments combustibles peut être ouvert à partir de l'extrémité extérieure du canal pour combustible et peut être maintenu ouvert selon les besoins.L'invention concerne un appareil de verrouillage pour une machine nucléaire, cet appareil comprenant au moins un loquet de verrouillage en forme de segment, un dispositif de montage supportant de façon pivotante le loquet de verrouillage dans un prolongement du canal pour le pivotement vers l'intérieur vers une position pour laquelle il supporte le faisceau combustible et pour le pivotement vers l'extérieur vers une position pour laquelle il ne supporte pas le faisceau et permet son extraction, et un dispositif pour maintenir sélectivement le verrou dans la position désirée. De plus, le dispositif de fixation du verrou peut provoquer une commande positive du verrou vers la position fermée, par opposition à un fonctionnement du verrou par un ressort de rappel, en utilisant une came de fermeture commandée mécaniquement et actionnée par la machine de rechargement0 Un dispositif selon l'invention peut aussi être utilisé pour un mécanisme de manutention du combustible autre qu'un canal pour combustible d'un réacteur nucléaire, par exemple une machine pour trier des éléments combustibles0 Un avantage apporté par la présente invention est la simplification de la machine de rechargement qui est rendue possible par la réduction de la complexité du cycle de rechargemment.En dehors des caractéristiques supérieures de fonctionne- ment, un verrou selon l'invention comporte plusieurs loquets de verrouillage formant un groupe circulaire pour réduire les forces nécessaires pour l'ouverture du verrou et pour réduire leimpor- tance descontraintes exercées par les surfaces du verrou sur les faisceaux d'éléments combustibles0 Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante donnee à titre dtexemple et faite en se référant au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une coupe schématique d'un verrou suivant un mode- de mise en oeuvre de l'invention en position de verrouillage. La figure 2 est une vue par une extrémité dans la direction de la flèche 2 de la figure 1. La figure 3 est une coupe semblable B celle de la figure 1 montrant le verrou ouvert. la figure 4 est une coupe schématique d'un verrou suivant un autre mode de mise en oeuvre de l'invention en en position de verrouillage. La figure 5 est une vue par une extrémité dans la direction de la flèche 5 de la figure 4, et La figure 6 est une coupe semblable à celle de la figure 4 montrant le verrou ouvert0 Les figures 1 et 2 représentent un ensemble de verrouillage 10 situé à l'extrémité extérieure d'un tube sous pression ou canal pour combustible 11 dtun réacteur, un raccord d'extrémité 14 étant fixé à ce tube, Un tube 15.est engagé dans le raccord 14, ltextrémité extérieure (d gauche) du raccord étant normalement fermée par un bouchon amovible, non représenté0 Le verrou 10 comporte une bague de montage 16 sur laquelle plusieurs loquets 17 sont montés circulairement pour pouvoir pivoter autour des axes des tourillons 18. Des ressorts de loquets 19 agissant sur des bossages d'encliquetage 20 maintiennent les loquets en position dfouverture ou de fermeture par action sur les cotés correspondants des bossages 200 La bague de montage 16 nY est pas représentée sur la figure 2 pour rendre le dessin plus clair, Une machine de. chargement (non représentée) engagée a leextrémité extérieure du canal 11 choisi comporte des éléments avant 21 pouvant agir sur les parties 23 des loquets quand ceux-ci sont en position dsouverture de la façon représentée sur la figure 3 pour bloquer positivement les loquets en position d'ouverture0 La rotation des prolongements ou poussoirs 21 fait agir ces prolongements ou poussoirs sur les surfaces de cames 24 des loquets pour la fermeture positive ou forcée des loquets0 Par suite, l'introduction à partir de la gauche d'un élément combustible E1 ou du nez du piston du utérin de chargement supprime la charge axiale exercée par le premier élément E sur les loquets 17 et provoque aussi le mouvement des loquets 17 vers les positions d'ouverture par action du nez du vérin ou de ltextrémité avant de l'élément E1 contre les surfaces 22 formant des cames sur les loquets. Quand les loquets sont dans cette position d'ouverture, le déplacement des poussoirs 21 de la machine de chargement engage les poussoirs contre les épaulements 23 des loquets qui sont ainsi bloqués en position d'ouverture, ce qui permet ltintroduction de l'élément ou de la tige de piston du vérin contre un ou plu- sieurs éléments combustibles E1.L'élément combustible E1 ou un élément de remplacement peut alors être introduit dans le canal 11 vers la droite des loquets 17 qui peuvent ensuite être actionnés positivement vers les positions de fermeture par rotation des poussoirs 21 autour de l'axe principal du canal et action sur les surfaces de cames 24 des loquets. La principale différence entre le dispositif de verrouillage des figures 4, 5 et 6 relativement au mécanisme des figures 1, 2 et 3 est l'utilisation de ressorts de rappel 49 agissant sur des bossages 50 des loquets 57 pour ramener ces loquets vers les positions de fermeture e Comme dans le cas précédent, les loquets 57 scnt déplacés vers les positions d'ouverture par introduction a partir de la gauche dtun faisceau d'éléments combustibles ou dVun élément combustible EJ ou par introduction du piston du vGrin de la machine de chargement (non représenté) pour repousser axialement l'élément combustible E vers la droite afin de l?ecarter des loquets en provoquant en meme temps le pivotement des loquets décharges autour de leurs tourillons 18 vers leurs positions d'ouverture du fait de action du piston du vérin contre les surfaces 22 constituant les cames des loquets Les poussoirs 21 de la machine de chargement sont ensuite avancés axialement contre les surfaces de butée 52 des loquets 57 pour maintenir ceux-ci en position d'ouverture afin de permettre le passage dans les deux sens de ledlement combuss tible ou de la tige du vérin à travers le verrou0 Le recul axial des poussoirs 21 de la machine de chargement permet le retour des loquets 57 vers les positions de fermeture sous l'action des ressorts 49. Il ressort de ce qui précède que le fonctionnement des dispositifs de verrouillage suivant les deux modes de réali- sation décrits permet l'entrée pratiquement libre des éléments et des faisceaux de combustibles dans le canal pour le combustible pendant une opération normale de chargement sans nécessiter une action directe d'ouverture des loquets par la machine de chargement0 Bien entendu la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre, R E V E N D-I C A T I Q N S 1 . Dispositif de verrouillage pour un canal contenant le combustible dvun equlpement nucléaire tel queux réacteur, ce dispositif retenant un élément combustible dans le canal caractérisé par plusieurs loquets en forme de segments, chacun comportant une partie formant une griffe de retenue, un dispositif de montage pour supporter les loquets en permettant leurs mouvements vers llinterieur9 vers l'axe du canal9 pour que les parties formant les griffes viennent en position convenable pour supporter lYélément combustibles et en permettant l'éloignement des griffes par rapport à leaxe du canal vers des positions pour lesquelles les griffes ne supportent pas leélémentOet un dispositif de maintien pour fixer les loquets sélectivement dans chacune des deux positions0 2. Dispositif de verrouillage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les loquets comportent des dispositifs de montage permettant leur pivotement, au moins l'un des loquets comportant une surface de came excentrée par rapport à l'axe-de de pivotement et contre laquelle un élément mobile axialement peut être engagé pour provoquer un mouvement de pivotement du loquet, des dispositifs-d'encliquetage à ressorts et des ressorts portant contre les dispositifs d'encliquetage pour positionner le loquet. 3. Dispositif de verrouillage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le loquet comporte une première surface de came orientée vers ltextérieurs vers ltextrémité du canal pour le combustible, quand le verrou est en position de fermeture pour que l'extrémité avant d9un objet pénétrant dans le canal pendant le mouvement d'ouverture des loquets vienne en contact avec cette première surface le dispositif de blocage du loquet comportant une seconde surface de came contre~laquelle-un élément pénétrant axialement dans le canal vient en contact pour maintenir le loquet en position d'ouverture. 4. Dispositif de verrouillage selon la revendication 3, caractérisé par plusieurs loquets en forme de segments disposés en groupe circulaireg les dispositifs pour le blocage des loquets comportant des surfaces de cames sur les différents loquets contre lesquels un élément introduit vient en contact pour bloquer les loquets en position dpouverture, des secondes surfaces de cames à cbté des premières pour le déplacement des loquets vers les positions de fermeture et un dispositif de commande annulaire déplacé axialement dans le canal pour bloquer les loquets et pouvant être tourné autour de liaxe principal du canal pour fermer les loquets0 50 Dispositif de verrouillage selon la revendication 2, caractérisé par plusieurs loquets formant un groupe annulaire3 les ressorts agissant sur les loquets pour les déplacer vers les positions de fermeture pour retenir 19élément dans le canal 6. dispositif de verrouillage selon la revendication 2, caractérisé par un ressort en contact agissantfsur le dispositif' d'encliquetage pour retenir le loquet au moins dans l'une des positions choisies, 7.Dispositif de verrouillage selon la revendication 6, caractérisé en ce que le ressort exerce une pression sur un premier côté du dispositif dgencliquetage du loquet pour maintenir celui-ci en position dtouverture,et exerce une pression sur le second côté du dispositif d'encliquetage pour maintenir le loquet en position de fermeture0 Dispositif de verrouillage selon la revendication 2, caractérisé en-ce que l'arc du canal sous-tendu par le loquet est d'environ 6000 9. Dispositif de verrouillage selon la revendication 2, caractérisé par plusieurs loquets formant un groupe circulaireg chaque loquet en forme de segment etant monté pour pouvoir pivoter autour de deux tourillons situés suivant-une corde à l'intérieur dgun prolongement tubulaire dgun canal pour le combustible doun réacteur nucléaires et par un dispositif formant un prolongement deune machine de rechargement et engagé dans le prolongement du canal ce dispositif etant mobile axialement pour agir sur les loquets la surface orientée dans une direction générale axiale de chaque côté comportant une surface de came inclinée contre laquelle vient en contact lYélément introduit pendant l'ouverture des loquets de façon quga lientrée de cet élément les loquets subissent des mouvements vers les positions deouvertureg la suite de lVavance axiale du prolongement de la machine de rechargement assurant le contact de ce prolongement contre les loquets pour les maintenir positivement en position d'ouverture