Brevet FR2108089A1 — publié le 19720512

L'invention concerne un dispositif préhenseur d'une machine de chargement pour les éléments de combustible d'un reacteur nucléaire à refroidissement gazeux, où chaque élément de combustible présente au moins un trou le traversant , avec des surfaces d'appui 5 pour l'extraction, où un tube porteur peut être introduit dans ce trou et où dans le tube porteur, il est prévu un dispositif de verrouillage, pour l'élément de combustible. On exige des dispositifs préhenseurs de machines de chargement, de fonctionner avec une grande fiabilité sous des conditions 10 de température ambiante élevée et d'atmosphère gazeuse, par exemple 900°C et hélium, comme on en rencontre dans les réacteurs nucléaires à refroidissement gazeux de la technique actuelle. On connait des dispositifs préhenseurs, qui s'engagent dans des trous centraux de blocs d'éléments nucléaires et qui 15 peuvent saisir et manipuler l'élément de combustible à des dispositifs mécaniques ou partÊllement pneumatiques. Dans les formes d'exécution connues , du fait du frottement au glissement des composants du préhenseur les uns sur les autres, le risque de grippage ou d'usure par frottement apparaît comme un inconvénient 20 sérieux, car la pellicule d'oxyde qui se forme normalement à la surface des pièces, n'existe pas. Le phénomène particulier de l'usure par frottement des métaux en contact, dans une atmosphère gazeuse, telle aussi, par exemple, que du méthane, du néon, etc est considérablement 25 intensifié par des températures élevées, de sorte qu'en cas d'utilisation à l'intérieur d'un réacteur nucléaire en service, la fiabilité du fonctionnement du dispositif préhenseur n'est plus assurée. Il faut voir le but de la présente invention sans 30 l'obtention d'une fiabilité de fonctionnement permanente du dispositif préhenseur, et dans l'élimination dans une grande mesure des frottements au glissement entre les pièces mobiles de ce disposi tif. La solution du problème, selon la présente invention est 35 caractérisée en ce que le tube porteur est parcouru par un gaz de refroidissement , et qu'à l'intérieur du tube porteur est prévu un poussoir, mobile dans le sens longitudinal, qui applique les doigts de verrouillage contre les surfaces d'extraction de l'élément de combustible au moyen de systèmes de guidage à roulement. 40 Une forme intéressante de réalisation de l'invention 71 34616 2 2108089 consiste en un poussoir, prenant appui sur une douille par l'intermédiaire d'un manchon, qui commande deux soupapes automatiques, le cylindre du poussoir étant alimenté en fluide à la préssion de réglage, par 1'intérmédiaire de canalisations flexibles. 5 II est intéressant en outre, d'équiper une forme de réali sation selon l'invention de telle manière, que les guidages à roulement soient constitués par des bandes flexibles. Les avantages de l'invention résident dans la simplicité de la structure du dispositif préhenseur, car,le frottement au 10 roulement estréduit au minimum et, grâce au gaz de refroidissement qui traverse le dispositif préhenseur, la température ambiante qui entre en ligne de compte est abaissée à une valeur de travail qui n'affecte pas la sécurité du fonctionnement . Un autre avantage du dispositif préhenseur selon l'inven-15 tion découle de la surveillance permanente de la position du préhenseur dans le coeur du réacteur et aussi du mode d'assemblage des composants, qui élimine pratiquement toute nécessité d'entretien L'invention va être décrite ci-dessous plus en détail, à l'aide du dessin d'un exemple de réalisation. 20 Les figures représentent respectivement ; Pig. 1 une vue d'ensemble du dispositif préhenseur, en coupe ; Pig. 2 une vue partielle du verrouillage, avec des dents de roulement ; 25 Fig. 3 la forme d'exécution selon la fig. 2, mais en position verrouillée Pig. 4 une autre forme d'exécution du verrouillage, avec des bandes de roulement. Dans les différentes figures les éléments homologues 30 ont été affectés de repères identiques. Pour plus de clarté, tous les détails de construction qui ne sont pas nécessaires pour la compréhension directe de l'invention, tels que paliers ou vis, etc., ont été omis dans les dessins. 35 Dans la fig. 1 , la ligne en pointillés représente le contour de l'élément de combustible 1, dans le trou 2 duquel on a introduit l'embout préhenseur 3. L'embout préhenseur 3 se compose d'un tube porteur 4, qui est fixé au bras de manoeuvre 6 ^u moyen l0£Ç6 d'une bride 5. Le bras de manoeuvre 6,. de son côté, est/SVêc 40 possibilité âe rotation dans le bras porteur 7 par l'intermédiaire 71 34616 3 2108089 du manchon de raccordement 29. Le tube porteur 4 est pourvu d'une butée 8 où s'applique la face frontale 41 de l'élément de combustible 1, lorsque l'on actionne le verrouillage. En même temps, la butée 8 sert de sécurité contre un engagement trop profond de 5 l'embout préhenseur 3 daHS l'élément de combustible 1. Un manchon rapporté 9 est solidaire du tube porteur 4 et contient le dispositif de verrouillage proprement dit . L'embout préhenseur 3 se termine par le bec 10, dont la surface a une forme propre à permettre une introduction facile dans le trou 2. 10 Le manchon rapporté 9 se compose de la partie 9' qui est liée au tube porteur, du tube gaîne 25 et de la plaque de fermeture 24. Deux chambres creuses sont ainsi formées à l'intérieur du manchon rapporté 9, séparées par le fond du manchon 9". Sur le fond du manchon 9" est monté, par l'intermédiaire d'une 15 jonction étanche, le soufflet 19 qui est également lié, par une jonction étanche à la vapeur, à la tête du poussoir 14 qui traverse le fond du manchon 9" par un orifice. Il en résulte que la chambre de pression 26 du poussoir et le cylindre 34 du manchon qui est relié avec l'intérieur du soufflet 27, sont en permanence 20 au même niveau de pression. La partie inférieure 9' du manchon rapporté 9 est pourvue d'évidements 13 où sont disposés les doigts 11 et les étriers 12. Les évidements 13, les doigts 11 et les étriers 12, ainsi que l'écrou de soupape,15 fixé au ppussoir 14 présentent tous des 25 surfaces de roulement 43. Le mouvement de roulement des différentes pièces les unes par rapport aux autres, nécessite cependant un guidage, qui est constitué par les dentures 44, qui n'ont pas été représentées. Les doigts 11 qui sont représentés en position déployée, 30 sont en contact avec les surfaces d'extraction 40 de l'élément de combustible 1. Les surfaces frontales des doigts 11 peuvent être réalisées avantageusement avec une forme légèrement arrondie, de manière à compenser les défauts de ]3anéité éventuels. Pour assurer un appui 35 énergique des doigts 11 sur toutes les surfaces d'extraction, on peut prévoir un dispositif compensateur analogue sur le poussoir 14. Dans le poussoir 14 il est prévu un orifice d'équilibrage 18, qui relie la chambre de pression 26 du poussoir avec le cylindre 34 du manchon, mais qui peut être obturé par la soupape à bille 16 40 disposée dans l'écrou de soupape 15 et chargée par le ressort 1?. 71 34616 4 ?108009 Sur la tête 20 du poussoir, il est prévu un doigt 21 qui actionne une soupape 22 disposée dans la plaque de fermeture 24 et dont le plateau est chargé par un ressort 23. Une canalisation de pression de réglage 31 conduit dans la chambre de pression du 5 poussoir 26 ; cette canalisation est mobile, elle part de la canalisation de gaz de refroidissement 30 passe par la chambre interne du bras de manoeuvre 6, aboutit à l'intérieur 28 du tube porteur 4 et débouche dans un orifice de passage 46 ménagé daHs la plaque de fermeture 24. 10 Au moyen de cette canalisation, on transmet selon le cas, à la chambre de pression 26 du poussoir, la surpression ou la dépression nécessaire. Le gaz de refroidissement est conduit par ladite canalisation de gaz de refroidissement 30, par le bras de manoeuvre creux 6 et par l'intérieur 28 du tube porteur 4 dans n 15 l'espace annulaire 32, d'où, à travers les orifices 33 il pénètre dans le cylindre 34 du manchon d'où, il peut s'échapper par les évidements 13 ainsi que par les orifices du nez 35. Dans le bras de manoeuvre creux 6 il est prévu un dispositif dit convertisseur de signal 36, qui est relié au moyen de conducteurs électriques 37 20 à un dispositif indicateur de la position de l'embout préhenseur 3. Le convertisseur de signal 36 est relié à la canalisation de mesure 38. La canalisation de signal 39» qui est parcourue en permanence par du gaz de refroidissement, est équipée d'une tuyère de mesure 38', et une tuyère 39' est disposée à la sortie dans le nez 10. La 25 tuyère de mesure 38' fournit la différence de pression déterminée par la surpression amont de la tuyère de sortie 39'. Les valeurs sont transmises au convertisseur de signal. On va maintenant expliquer le fonctionnement à l'aide de la figure 1. En appliquant une surpression ou une 30 dépression, on amène le poussoir 14 dans l'une des deux positions extrêmes. En particulier, le poussoir se soulevera lorsque par l'intermédiaire de la canalisation 31 on engendre une dépression à l'intérieur de la chambre de pression 26. Le soufflet 19 se dilate alors et la tête 20 du poussoir se déplace en direction 35 de la plaque de fermeture 24. La soupape 22 s'ouvre sous, l'effet de la dépression et reste ouverte aussi longtemps qu'elle n'est pas refermée, par le doigt 21. La soupape à bille 16, reliée à la chambre de pression du poussoir par l'orifice d'équilibrage 18,se ferme immédiatement dès qu'apparait une dépression. Il faut donc 40 que la dépression soit maintenue avec une aspiration continue 71 34616 2108089 par la canalisation 31 . Après fermeture de la soupape 22, la dépression augmente, et le débit de gaz s'arrête. Les deux actions sont utilisées comme signal de contrôle, pour les positions correspon-5 dantes des doigts. La montée au poussoir 14 provoque le déploiement des aoigts 11 guidés par la denture 44 et réalise le verrouillage de l'elément de combustible 1 qui ne peut alors glisser de 1'embput préhenseur 3. 10 Lorsque le poussoir 14 descend, la pression engendrée dans la chambre de pression 26 est supérieure à la pression normale du gaz de refroidissement, de sorte que le soufflet se trouve comprimé , contre son élasticité propre. En même temps que la pression s'élève la soupape 22 prévue dans la plaque de fermeture 15 se ferme et la soupape à bille 16 s'ouvre sous l'effet de la pression plus élevée, qui comprime le ressort 17. Cette soupape 16 feste ouverte aussi longtemps que le poussoir de la bille ne vient pas en butée sur le nez 10. Durant ce temps il faut maintenir l'arrivée de gaz et la surpression à travers la canalisation 31 . 20 Lorsque les soupapes 16 et 22 sont fermées un accroissement de la pression est constaté sur l'appareil indicateur de la machine de chargement ; l'obtention du maximum de pression et l'annulation du débit de gaz sont utilisées comme signal d'arrivée des doigts en fin de course, où ces doigts sont 25 complètement encastrés dans l'embout préhenseur 3. Le fonctionnement des surfaces de roulement 43 sur les doigts 11 est expliqué plus en détail dans la figure 2, car en raison de la petitesse de l'échelle du dessin, le mécanisme n*apparaîtrait pas clairement dans la figure 1 . 30 Dans la figure 2 on peut reconnaître la partie inférieure du poussoir 14 avec l'orifice d'équilibrage 18 réalisé sous la forme d'un siège de soupape, et dans le manchon de soupape 15 est disposée une soupape soumise à la pression du ressort 17. Sur sa périphérie extérieure 43a, le manchon de soupape 15 est 35 pourvu d'une denture 44a, qui engrène avec le bras de levier 11' du doigt 11, qui, sur la surface de roulement centrale 43b, présente une denture conjuguée 44b. L'évidement 13 du manchon rapporté 9 est également pourvu de dentures 44c, sur les surfaces de roulement 43c, où 40 engrènent deux dentures de sens inverse 44d' et 44d", dont la.première 71 3461.6 6 210808.9 est prévue sur le cercle de roulement 43 d' du doigt 11 et la deuxième sur le cercle de roulement 43 d" de l'étrier 12. Pour un guidage précis il faut encore prévoir entre l'étrier 12 et le doigt 11 un engrènement constitué par les dentures 44e et 44f, qui 5 vont et viennent sur les cercles de roulement communs 43e et 43f. Dans la figure 3 on a représenté une coupe qui correspond à celle de la figure 2, mais les doigts y sont dessinés dans la position de verrouillage. Pour le fonctionnement, il faut mentionner que lorsque 10 le poussoir 14 descend, la soupape à bille 16 est ouverte par la surpression, et pour cela il faut surmonter la force du ressort 17. Cet état subsiste jusqu'à ce que le poussoir de la bille 16 vienne porter sur le bec 10 et obturer l'orifice d'équilibrage 18. Les doigts 11 basculent au cours du mouvement descendant du poussoir 15 14, le guidage étant assuré par les dentures 44a à 44e. Dans.la position la plus basse, c'est-à-dire lorsque la soupape à bille 16 est fermée, la surpression se maintient dans la chambre de presschon 26 du poussoir. Le renforcement de la surpression a pour objet d'une 20 part d'assurer l'appui permanent des doigts 11 danç les surfaces d'extraction 40 et d'autre part, il faut pour le dispositif de verrouillage , un système de contrôle à distance. Ce système peut être réalisé avantageusement au moyen d'un manomètre qui surveille en permanence la pression du fluide. Pour mesurer le 25 débit de gaz, on peut sans travaux onéreux, mettre en oeuvre au même endroit urjôébitmètre. Dans la figure 4 on a représenté un autre exemple d'exécution du verrouillage, où la denture est avantageusement remplacée par des bandes flexibles 45. Chacune des bandes 45 est 30 réalisée en deux parties, les deux sangles étant sollicitées en traction en sens opposé, et leurs points fixes se trouvant sur les surfaces de roulement 43 correspondantes. On élimine ainsi totalement la possibilité d'un jeu entre les surfaces de roulement 43. 35 Avec cette exécution, le fonctionnement est le même que celui qui a été décrit plus haut, avec la denture, cependant, avec les bandes 45, on peut donner une structure plus simple au dispositif de verrouillage des éléments de combustible 1. Pour protéger l'embout préhenseur 3 contre la chaleur 40 rayonnée par l'élément de combustible 1, on peut prévoir une couche 71 34616 7 2108089 isolante à la surface de l'embout préhenseur, et en particulier du tube porteur 4. Cette possibilité est surtout envisagée pour les réacteurs à haute température, afin de maintenir les tensions internes engendrées par les sollicitations thermiques, à l'intérieur des limites de résistance à la chaleur du matériau. 71 34616 8 2108089 REVENDICATIONS 1°) Dispositif préhenseur d'une machine de chargement pour les éléments de combustible d'un réacteur nucléaire à refroidissement gazeux, où chaque élément de combustible présente au moins un trou le traversant avec des surfaces d'appui pour 5 l'extraction, où vin tube porteur peut être introduit dans ce trou et où, dans le tube porteur, il est prévu un dispositif de verrouillage pour l'élément de combustible , caractérisé en ce que le tube porteur est parcouru par un gaz de refroidissement et qu'à l'intérieur du tube porteur (4) est prévu un poussoir (14) 10 mobile dans le sens longitudinal, qui applique les doigts de verrouillage (11) sur les surfaces d'extraction (40) de l'élément de combustible (1) au moyen de guidages à roulement (43, 44, 45) 2°) Dispositif préhenseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le poussoir (14) prenant appui sur un 15 manchon (9) par l'intermédiaire d'un soufïlet (19) commande deux soupapes automatiques (16, 22) et qu'une chambre de pression (26) est soumise à la pression de réglage par l'intermédiaire d'une canalisation flexible (31). 3°) Dispositif préhenseur selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce que les guidages à roulement sont réalisés au moyen de dentures (44a à 44f) et de surfaces de roulement (43a à 43f) 4°) Dispositif préhenseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les guidages à roulement sont constitués 25 par des bandes flexibles (45) et des surfaces de roulement (43). 5°) Dispositif préhenseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le tube porteur (4) ou dans le manchon (9) il est prévu aû. moins une canalisation (38) équipée 6 S "t d'une tuyère de mesure (38') et que cette canalisatio7T7reliée 30 à un convertisseur de signal (36)