Brevet FR2128143A1 — publié le 19721020

La présente invention concerne une machine de chargement et déchargement en marche pour réacteurs nucléaires à haute température. On sait q-l'il existe deux modes de manutention du combustible d'un réacteur : la manutention à l'arrêt et la manutention en marche. Le principal avantage de la manutention à l'arrêt est de permettre à la machine de chargement de fonctionner dans des conditions moins strictes qu'une machine de chargement en marche, et par suite d'être moins complexe ; par contre, les arrêts ont ltinconvénient d'être coûteux. La manutention en marche supprime évidemment cet inconvenient et offre, de plus, l'avantage d'assurer pour chaque élément combustible le taux de combustion optimum tout en permettant de se contenter d'un réglage discontinu du débit de gaz caloporteur circulant de haut en bas du réacteur. La machine selon l'invention est destinée à la manutention en marche, et, de façon plus précise, elle a pour rôle de permettre le chargement et dèhargement en marche de réacteurs à haute température dont le òeui- est formé de cellules justaposées, chacune de ces cellules étant constituée par exemple par sept colonnes verticales contigues à savoir une colonne centrale et six colonnes périphériques, chaque colonne se composant de blocs prismatiques superposés dont la section transversale est par exemple un hexagone régulier. Certains de ces blocs formant le coeur du réacteur contiennent les éléments combustibles. Ils seront dénommés par la suite blocs combustibles ; l-'ensemble des- dites cellules est appelé empilement. Le toit, ou dalle, du réacteur qui est horizontal et situé à une certaine distance au-dessus du coeur, est percé de puits verticaux cylindriques identiques et régulièrement répartis, servant au chargement et au déchargement desdits blocs. Chacune des cellules constituant cet empilement est disposée sous un de ces puits de manière telle que l'axe de symétrie de ladite cellule soit confondu avec l'axe du puits. La machine selon l'invention se caractérise par le fait qu'elle est mobile au-dessus du toit du réacteur et peut venir s'appliquer, de façon étanche, contre ce toit au-dessus de chacun des puits à tour de rôle et quelle permet, lorsqu'elle est fixée au-dessus d'un puits donné, d'effectuer, à i avers ce dernier, le remplacement de l'une quelconque des colonnes de la cellule correspondante par une colonne de blocs neufs, le réacteur demeurant en marche au cours de cette opération. De façon plus précise, l'invention a pour objet une machine de chargement et de déchargement en marche pour réacteurs à haute température dont ltempilement est formé de cellules composées de colonnes verticales contigiKcs constituées de bills prismatiques superposés, l'axe de symétrie de chaque cellule étant confondu avec 1 a.e d'un puits du toit du réacteur, ladite machine étant essentiellement caractérisée par le fait qu'elle comprend une cloche portée par un chariot mobile sur le toit du réacteur et qui peut s'appliquer, Se façon étanche, contre ce toit au-dessus de chaque puits qui est normalement fermé par un bouchon et, à l'intérieur de ladite cloche, un barillet inférieur fixe comportant une ouverture du même diamètre que le puits en regard de ce dernier et divers logements destinés au stockage de blocs usés et de bloc. neufs, un barillet supérieur mobile pouvant tourner autour de son axe par rapport au barillet inférieur et comportant trois figements qui peuvent venir à tour de rôle en regard de ladite u::ferture du barillet inférieur, un premier de ces logements étant destiné à recevoir un bouchon de puits usé et un deuxième, un bouchon de puits neuf, et un dispositif de préhension des blocs eonsi irvué par un gros bouchon mobile autour de son axe et susceptible, en position basse, obturer le puits et, en position haute, de se loger dans le troisième logement du barillet supérieur et par un petit bouchon, mobile autour de son axe, logé dans le gros bouchon et dont î?axe est parallèle à l'axe de ce dernier, ce petit bouchon étant traversé par un ringard excentré susceptible d'une translation verticale, l'extrémité inférieure de ce ringard portant un boîtier de forme correspondant à la section des blocs et contenant les mécanismes de transmission de mouvement d'une pince qui en est solidaire, ce boîtier étant traversé par des tubes de refroidissement, l'un de ces tubes étant prolonge à sa partie supérieure par un ajutage, lesdits tubes débouchant dans une cavité ménagée, entre la section inférieure du boîtier et la partie supérieure d'un bloc, par une jupe fixiie à la partie inférieure dudit boîtier, ce petit bouchon pouvant tourner autour de son axe de façon à amener l'un quelconque des blocs dans l'axe dudit puits et le gros bouchon pouvant tourner autour de son axe de façon à occuper autant de positions angulaires que voulu La machine de chargenellt et de déchargement selon l'invention présente en outre les caractéristiques suivantes - e gros bouchon est muni a sa partie inférieure dlun ajutage d'amende de gaz caloporteur froid provenant de la cloche, ledit ajutage étant disposé de façon à venir s'ajuster sur l'aju- tage supérieur du boîtier lorsque liun quelconque des blocs se trouve en position haute dans l'axe du puits; - le barillet supérieur mobile est commandé en rotation par un moteur qui en est solidaire et qui engrène sur une couronne dentée solidaire de la paroi interne de la cloche; - le bouchon de puits neuf, le bouchon de puits usé et le dispositif de préhension des blocs sont mus à laide de trois treuils fixes au-dessus du toit du barillet supérieur mobile, lesdits treuils étant commandés par trois moteurs solidaires dudit toit :: Id translation du ringard est assurée par un moteur solidaire du gros bouchon; - le- ringard est constitué d'une tige creuse traversée par un arbre rotatif actionné par un moteur fixé à l'extrémité supérieure du ringard et assurant le mouvement de la pince par lintermédiaire dtune chaîne cinématique appropriée contenue dans le boîtier; - la rotation du petit bouchon est assurée par un moteur solidaire du gros bouchon; - la rotation du gros bouchon est assurée par un moteur solidaire d gros bouchon;; - ïe logement du dispositif de préhension dans le barillet supérieur mobile est pourvu d'une tige teléscopique pouvant engrener avec arbre de commande de rotation du petit bouchon; - le toit du barillet supérieur mobile est équipé d'un mécanisme de secours, commandé depuis l'extérieur de la cloche, par rotation diun arbre engrenant. avec l'une ou l'autre de cinq couronnes dentées solidaires une à une de cinq tubes coaxiaux, tr-ois de ces tubes pouvant engrener sur chacun des trois arbres de commande de trois treuils fixés sur le toit du barillet supérieur mobile, le quatrième tube pouvant engrener sur la tige téléscopique du logement du dispositif de préhension, le cinquième tube pouvant engrener sur l'arbre de commende de la rotation du barillet supérieur mobile. D'autres caracteristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qiii va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à t.i tre explicatif et nullement limitatif une forme de realisat-ion de la machine selon 1 ' invention. Sur ces dessins, -la figure 1 est une vue en élévation et en coupe de l'ensemble de la machine selon l'invention; - la figure 2 représente le barillet supérieur de cette machine3 en coupe suivant le plan Il-Il de la figure 1; - la rigure 3 représente le barillet inferieur, en coupe suivant le plan III-III de la figure 1; et - la figure 4 représente, en élévation et en coupe, la partie inférieure de la machine selon l'invention, à plus grande échelle que sur la figure 1. La machine selon l'invention, telle que représentée sur les figures 1 et 4 est destinée au chargement et au déchargement en marche dtun réacteur à haute température dont le coeur est formé de cellules représentées en perspective sur les figures 1 et 4. Le dessus de deux de ces cellules est délimité, sur la figure 4, par un trait gras (cellules C1 et C2). Cet exemple se -approche au cas où chaque cellule est composée de sept colonnes à section llexagonale de blocs superposés, à savoir six colonnes périphériques la à lf contiguës entourant une colonne centrale lg contiguë à chacune des colonnes périphériques. Ces cellules sont disposées de telle façon que l'axe longitudinal de symétrie de chacune d'elles (qui est en même temps ltaxe longitudinal de sa colonne centrale), soit confondu avec l'axe d'un puits percé dans le toit 2 du réacteur. Quatre de ces puits sont visibles en 3, 4, 5 et 6 sur les figures 1 et 4. La machine selon l'invention est représentée, sur ces figures, disposée au-dessus du puits 5, les autres puits étant fermés chacun par un bouchon 7, qui est pourvu de mécanismes de commande des barres de contrôle. Cette machine de chargement et de déchargement en marche comprend une cloche 8 portée par un chariot 9 mobile sur le toit 2 du réacteur, et, à l'intérieur de cette cloche, un barillet fixe inférieur 10 et un barillet mobile supérieur 11, et un dispositif 12 de préhension de blocs des colonnes. La cloche 8 peut venir s'appliquer de facon étanche, contre le toit 2, successivement au-dessus de chacun des puit.s de ce toit. Le barillet inférieur 10 est fixe et comporte une ouverture 13 de meme diamètre Que les puits, ainsi que divers logements 14 à 20 destinés au stockage de blocs usés et de blocs neufs (figure 3). Le barillet supérieur 11 peut tourner autour de son axe vertical -par rapport au barillet inférieur. 10 grâce à un moteur M1 engrenant sur une couronne dentée 37 solidaire de la cloche 8, et il comporte trois logements 21, 22 et 23 (figure 2) qui peuvent venir à tour de rôle en regard de llourerture 13 du barillet 10; sur le dessus du toit du barillet supérieur 11 sont fixés trois treuils 29, dont chacun est comniandé par- un moteur M2 solidaire de ce toit (la figure 1 ne laisse voir qu'un seul de ces treuils). es treuils servent à déplacer respectivemen's un bouchon de puits neuf, un bouchon de puits usé et le dispositif de préhension des blocs. Le dispositif de préhension 12 comprend un gros bouchon 24 mobile autour de son axe et susceptible, en position basse, d'obturer le puits 5 au-dessus duquel est disposée la machine et, n position haute, de se loger dans le troisième logement 'référence 23 > du barillet supérieur 11, et un petit bouchon 25 mobile autour de son axe, logé dans le bouchon 24 et dont l'axe est parall.èle à l'axe de ce dernier. Ce pet t bouchon 25 est traversé par un ringard 26 excentré, susceptible d'une translation verticale; l'extrémité inférieure de ce ringard porte un boîtier 27 de forme correspon dant à la section des blocs et en contenant les mécanismes de transmission du mouvement d'une pince 28 de préhension des blocs. Ce boîtier 27 est traversé par des tubes de reSoidissement 33. L'un de ces tubes est prolongé à sa partie supérieure-par un ajutage 34. Ces divers tubes 33 débouchent dans une cavité ménagée entre la section inférieure du boîtier 27 et la partie supérieure d'un bloc, par une jupe 35 fixée à la partie inférieure du boîtier 2/.Le petit bouchon 25 peut tourner autour de son axe vertical de façon à occuper deux positions diamétralement opposées : pour l'une de ces positions, le boîtier 27 et la pince 28 peuvent saisir un bloc de la colonne centrale 1g de la cellule au-dessus de laqiic-!.l est posé l'appareil; pour l'autre de ces positions, le boîtier 27 et la pince 28 peuvent saisir un bloc de l'une des colonnes périphériques la à lf; chaque cellule comportant six colonnes verticales périphériques, il est prévu que le gros bouchon 24 peut tourner autour de son axe de façon à occuper autant de positions angulaires qu'il est nécessaire, ctest-à-dire, dans le présent exemple, à venir occuper six positions angulaires décalées de 60C qui font venir le boîtier 27 au-dess de ces six colonnes périphériques. Le gros bouchon 24 est muni à sa partie inférieure dtun ajutage 36 d'introduction du gaz caloporteur froid provenant de la cloche 8, apres avoir circulé dans un conduit 45, cet ajutage 36 étant disposé de façon à venir s'adapter sur l'ajutage supérieur 34 du boîtier 27, quand l'un quelconque des blocs se trouve en position haute dans l'axe du puits. Le ringard 26 est constitué par une tige creuse traver sêe par un arbre rotatif 38 actionné par un moteur 46 qui est fixé à l'extrémité supérieure de ce ringard et qui assure les mouvements de la pince 28, par l'intermédiaire d'une chaîne cinématique contenue dans le boîtier 27. La machine selon l'invention comporte, en outre, des organes de dépannage. De façon précise, le toit du barillet supérieur mobile 11 est équipé d'un mécanisme de secours, commandé depuis ltextérXcur de la cloche 8, par rotation dtun arbre 47 (commandé éventuellement par un moteur extérieur) qui vient en prise avec l'une ou l'autre de cinq couronnes dentées 48 à 52, solidaires une à une de cinq tubes coaxiaux 53 à 57, trois de ces tubes pouvant venir en prise avec chacun des trois arbres de commande des trois treuils 29 fixés au-dessus du toit du barillet supérieur mobile 11, le quatrième tube pouvant engrener avec la tige coulissante du logement 23 du dispositif de préhension 12, et le cinquième tube pouvant engrener avec arbre de commande de la rotation du barillet supérieur mobile 11. Le logement 23 est pourvu d'une tige téléscopîque (non représentée) pouvant venir en prise avec l'arbre de commande de la rotation du petit bouchon 25. Le fonctionnement de la machine selon l'invention est le suivant (les opérations décrites ciapt(.s sgeffectuent au droit du puits 5, étant bien entendu que les mêmes opérations peuvent s'effectuer au droit de tout autre puits moyennant un déplacement. de la machine à l'aide du chariot 9). a) préhension du bouchon qui obture le puits u cours de ses déplacements assurés par le chariot 9, la machine selon l'invention est en pression et fermée par un bouchon (non visible sur les figures). Ce bouchon porte, à sa base, des griffes qui, lorsque la machine est arrêtée au droit du puits considéré (ici, le puits 5), viennent slenclencher dans une rainure (non représentée) du bouchon qui obture ce puits. Ce dernier bouchon est identique au bouchon 7 représenté sur la figure A qui obture le puits 6.Cet enclenchement libère automatiquement ce bouchon qui est soulevé par l'un des treuils à chaîne 29 et remonte, par l'ouverture 13 du barillet inférieur 10, dàfls le logement 21 du barillet supérieur 11. b) opération du déchargement et de chargement de blocs On fait tourner, à l'aide du moteur M1, le barillet supérieur 11 jusqu'à ce que ce soit le logement 23 de ce barillet qui vienne en regard de l'ouverture 13 du barillet inférieur 10. On admettra qu'il s'agit, comme l'indique la figure 4, de remplacer les blocs de la colonne îc de la cellule C. On fait descendre le dispositif de préhension 12, qui se trouve dans le logement. 23, jusqu'à ce que le gros bouchon 24 vienne obturer le puits 5, On fait tourner, à l'aide d'un moteur électrique M le petit bouchon 25 de 1800 pour que le boîtier 27 4 se trouve au-dessus de la périphérie de la cellule et, à l'aide d'un autre moteur (non représenté), on fait tourner le gros bouchon 24 jusqu'à ce qu'il occupe celle de ses six positions angulaires qui correspond à la colonne Ic. Cette position est conservée par glissement d'un doigt 30 dans une rainure 31. On fait descendre le ringard 26 jusqu'au bloc à saisir à l'aide d'un moteur M3 (solidaire du gros bouchon 24) par l'intermédiaire d'une crémaillère 32. Sous l'action du moteur 46 l'arbre 38 logé dans le ringard 26 agit sur la pince 28 qui saisit le bloc, Comte signalé plus haut, le boîtier 27 comporte des tubes de refroidissement 33 pour le passage du gaz de ref.roidissement de la colonne en cours de déchargement. Puis, à l'aide du moteur M3, on fait remonterle ringard 26 et, avec lui, le boîtier 27 avec le bloc qu'il a saisi, jusqu ce qu'il se trouve dans l'espace compris entre le toit 2 du réacteur et l'empilement ; ensuite, à l'aide du moteur M4 on fait tourner le petit bouchon 25 et, avec lui, le boîtier 27, de 1800 de façon à disposer ce boîtier 27 et le bloc de telle manière que l'axe de ce bloc coïncide avec l'axe du puits 5. On fait alors monter l'ensemble constitué par l'organe de préhension 12, le gros bouchon 24, le boîtier 27 et le bloc dans le logement 23 du barillet supérieur 11, à l'aide du treuil 29 correspondant. On fait tourner le barillet supérieur Il jusqu'à ce que que le logement 23 se trouve au-dessus de l'un des logements 14 à 20 servant au stockage des blocs combustibles usés. Par.rotation en sens inverse du treuil 29, le bloc combustible 'usé est.descendu dans l'un desdits logements. Puis, par rotation du moteur 46 entranant la tige 38, la pince 28 est débloquée. Ce déblocage étant fait, le treuil 29 remonte le dispositif de préhension à l'intérieur du barillet mobile 11 ; par l'intermédiaire du moteur M1, ce barillet tourne jusqu'à ce que le grappin soit suivant l'axe du puits 13 la rotation du treuil 29 permet ensuite la descente dans le puits 13 du boîtier 27 jusqu'à ce qu'il soit en position au-dessus d'un autre élément prismatique. Par toute une série de manoeuvres identiques, on vide la colonne îc de Ces blocs usés et on la recharge en blocs neufs. I1 est à remarquer que, lorsqu'il s'agit de remplacer les blocs de la colonne centrale 1g, le boîtier 27 doit se trouver en permanence disposé suivant l'axe du puits 5. c) pose d'un bouchon neuf La colonne 1c étant remplie de blocs neufs, on procède éventuellement au remplacement des blocs d'uRe. autre colonne de la cellule C1, et lorsque ces opérations sont terminées, on obture le puits 5 à l'aide d'un bouchon neuf. Pour cela, le dispositif 12 de préhension étant remonté dans le logement 23 du barillet supérieur 11, on fait tourner ce dernier, à l'aide du moteur M1, jusqu'à ce que ce soit le logement 22 qui vienne en regard de l'ouverture 13 du barillet inférieur 10. A l'aide du treuil 29 correspondant, on fait descendrç le bouchon neuf contenu dans le logement 22 jusqu'à ce qusil parvienne dans le puits 5 où il se bloque. I1 va de soi que la présente invention n'a été décrite ci-dessus qu'à titre explicatif et nullement lim taaZif, et qu'on pourra y apporter toutes modifications de détail sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Machine de chargement et de déchargement en marche pour réacteurs à haute température dont ltempilement est formé de cellules composées de colonnes verticales contiguës constituées de blocs prismatiques superposés, l'axe de symétrie de chaque cellule étant confondu avec l'axe d'un puits du toit du réacteur, ladite machine étant essentiellement caractérisée par le fait qu'elle comprend une cloche portée par un chariot mobile sur le toit du réacteur et qui peut s'appliquer, de façon étanche, contre ce toit au-dessus de chaque puits qui est normalement fermé par un bouchon et, à l'intérieur de ladite cloche, un barillet inférieur fixe comportant une ouverture du même diamètre que le puits en regard de ce dernier et divers logements destiné au stockage de blocs usés et de blocs neufs, un barillet supérieur mobile pouvant tour ngr autour de son axe par rapport au barillet inférieur et comportant trois logements qui peuvent venir à tour de rôle en regard de ladite ouverture du barillet inférieur, un premier de ces oge- monts étant destiné à recevoir un bouchon de puits usé et un deuxième, un bouchon de puits neuf, et un dispositif de préhension des blocs constitué par un gros bouchon mobile autour de son axe et susceptible, en position baisse, d'obturer le puits et, en position haute, de se loger dans le troisième logement du barillet supérieur et par un petit bouchon, mobile autour de son axe, logé dans le gros bouchon et dont l'axe est parallèle à l1axe de ce dernier, ce petit bouchon étant traversé par un ringard excentré susceptible d'une translation verticale, l'extrémité inférieure de ce ringard portant un boîtier de forme correspondant à la section des blocs et contenant les mécanismes de transmission de mouvement d'une pince qui en est solidaire, ce bos íer étant traversé par des tubes de refroidissement, l'un de ces tubes étant prolongé à sa partie supérieure par un ajutage, lesdits tubes débouchant dans une cavité ménagée entre la section inférieure du boîtier et la partie supérieure d'un bloc, par une jupe fixée à la partie inférieure dudit boîtier, ce petit bouchon pouvant tourner autour de son axe de façon à amener l'un quelconque des blocs dans l'axe dudit puits et le gros bouchon pouvant tourner autour de son axe de façon à occuper autant de positions angulaires que voulu. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le gros bouchon est muni à sa partie-inférieure d'un ajutage d'amenée de gaz caloporteur froid provenant de la cloche, ledit ajutage étant disposé de façon à venir s'ajuster sur l'ajutage supérieur du boîtier lorsque l'un quelconque des blocs se trouve en position haute dans l'axe du puits. 3. Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le barillet supérieur mobile est commandé en rotation par un moteur qui en est solidaire et qui engrène sur une couronne dentée solidaire de la paroi interne de la cloche. 4. Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le bouchon de puits neuf, le bouchon de puits usé et le dispositif de préhension des blocs, sont mus à l'aide de trois treuils fixés au-dessus du toit du barillet supérieur mobile, lesdits treuils étant commandés par trois moteurs solidaires dudit toit. 5. Machine selon la reven-iieation 1, caractérisée par le fait que la translation du ringard est assurée par un moteur solidaire du gros bouchon. 6. Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le ringard est constitué d'une tige creuse traversée par un arbre rotatif actionné par un moteur fixé à l'extrémité supérieure du ringard et assurant le mouvement de la pince par l'intermédiaire dtune chaîne cinématique appropriée contenue dans le boîtier. 7. Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la rotation du petit bouchon est assurée par un moteur solidaire du gros bouchon. 8. Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la rotation du gros bouchon est assurée par un moteur solidaire du gros bouchon. 9. Machine selon la revendication 1, çaractérisée par le fait que le logement du dispositif de préhension dans le barillet supérieur mobile est pourvu d'une tige télescopique pouvant engrener avec l'arbre de commande de rotation du petit bouchon. 10. Machine selon la revendication 1. caractérisée par le fait que le toit du barillet supérieur mobile est équipé d un mécanisme de secours, commandé depuis l'extérieur de la cloche, par rotation d'un arbre engrenant avec l'une ou autre de cinq couronnes dentées solidaires une à une de cinq tubes coaxiaux, trois de ces tubes pouvant engrener sur chacun des trois arbres de commande des trois treuils fixés sur le toit du barillet supérieur mobile, le quatrième tube pouvant engrener sur la tige téléscopique du logement du dispositif de préhension, le cinquième tube pouvant engrener sur l'arbre de commande de la rotation du barillet supérieur mobile.