Brevet FR2349925A1 — publié le 19771125

La présente invention concerne une machine de chargement drun réacteur nucléaire, et plus spécialement une machine destinée à réaliser, sur le coeur dtun réacteur nucléaire, toutes les nouvelles mises en place, enlevements ou permutations des assemblages combustibles ou de leurs éléments auxiliaires tels que, par exemple, grappes de contrôle ou grappe bouchons, Pans le coeur d'un réacteur nucléaire les éléments actifs sont constitués par des nassemblages-combustiblest verticaux juxtaposés, chaque assemblage regroupant lui-mAeme un grand nombre de crayons combustibles en un ensemble manipulé en bloc pour sa mise en place dans le réacteur ou pour son extraction. Gte sont les crayons qui renferment le combustible proprement dit. Pour une meilleure utilisation du combustible et pour uniformiser la répartition de puissance dans le réacteur, les assemblages sont répartis en trois zones avec des taux d'enrichissement différents suivant les zones. On procède alors au rechargement par tiers successifs. Â chaque opération on élimine ainsi les éléments dont le combustible est épuisé et qui étaient disposés dans la partie centrale du réacteur. On met ensuite à leur place un nombre égal d'éléments prélevés sur la partie périphérique du réacteur, et on recharge cette partie périphérique par des assemblages contenant du combustible neuf. On voit donc que chaque opération de rechargement comporte une première série de manutention des assemblages, enlèvements, mises en place ou permutations à l'intérieur même du réacteur. Il faut aussi noter qu'à chaque assemblage combustible sont associés des organes auxiliaires, venant s1 intercaler entre les crayons combustibles, et manipulables en bloc pour chaque assemblage sous la forme d'une grappe", Le type de ces organes, et la grappe qui les regroupe, varie suivant la position de llassemblage dans le réacteur0 Ainsi, à certains assemblages sont associés des "grappes de contrôle", portant les barres de contrôle à matériaux absorbants destinées à régler la réactivité du réacteur et à assurer son arrêt d'urgence. D'autres grappes de contrôle, dites trappes partielles", ne comporteront de matériaux absorbants que sar une partie de leur longueur.D'autres grappes dites à poison consommable sont introduites dans des assemblages non munis de grappes de contrôle, et permettent de réduire la corcentration du bore dissout dans l'eau primaire. Certaines de ces grappes "à poison consommablen sont également munies de crayons contenant des sources neutroniques pour assurer les démarrages du réacteur. Enfin, certains assemblages combustibles reçoivent des grappes de bouchons simplement destinés à obturer les tubes guides qui ne sont pas occupés par d'autres types de crayons. On voit donc qutà chaque rechargement il faut non seulement déplacer ou permuter les assemblages combustibles, mais également le plus souvent changer la "grappe" qui lui est associée Dans les conditions actuelles dtexploitation, les opérations de rechargement en combustible exigent au moins deux ou trois appareils de manutention. le premier est un pont roulant qui se déplace sur rails au-dessus du plan d'eau de la piscine du réacteur. Il est muni dun bras télescopique qui permet d'extraire du coeur du réacteur un assemblage complet avec sa grappe, et de transférer ltensemble, toujours sous eau et toujours avec sa grappe, jusqu'à des postes d'équipement disposés à une extrémité de la piscine du réacteur, et comportant une machine de permutation des grappes de contrôle et une machine de permutation des grappes de bouchons. Ces équipements de manutention sont utilisés pour séparer les grappes des assemblages. Les assemblages usés seront ensuite évacués, sans leur grappe, vers la piscine de combustible usé, tandis que les assemblages en permutation sont généralement équipés de nouvelles grappes avant d'entre repris par le pont à mat télescopique et réintroduits à leur nouvelle place dans le coeur du réacteur.De mbme les assemblages de combustible neuf reçoivent leur grappe de con truble ou de bouchons au poste d'équipement correspondant avant dsê- tre pris par le pont et introduits dans le réacteur. On voit que chaque enlèvement définitif pour remplacement, ou chaque permutation, conduit à deux dzplacements du pont entre le réacteur et le poste d'équipement, ce qui allonge considérablement la durée des opérations de renouvellement du combustible, et exige du personnel de conduite du pont et des appareils auxiliaires de manutention des grappes aux postes d'équipement. La présente invention permet la réalisation d'une machine de chargement perfectionnée assurant une simplification des opérations de chargement et par là un gain important de temps et de personnel. L'invention concerne une machine de chargement pour un réacteur nucléaire dans lequel les assemblages combustibles sont partiellement renouvelés à chaque rechargement, avec permutation des positions des assemblages dans le coeur du réacteur, les assemblages combustibles étant équipes de grappes auxiliaires -telles que, suivant leur position dans le coeur, des grappes de contrôle, des grappes de poison consommable, ou des grappes bouchons, la manutention s'effectuant à partir d'un pont roulant circulant audessus de la piscine du réacteur. Belon l'invention, le chariot du pont roulant est équipé d'une plateforme tournante portant plusieurs bras verticaux télescopiques de manutention dont les moyens propres de préhension et de soulèvement sont chacun adaptés soit à la manutention d1un assemblage complet avec sa grappe auxiliaire, soit à la manutention d'au moins un type de grappe auxiliaire, la plateforme tournante compor- tant autant de positions angulaires d'arrSt que de bras télescopiques, déterminées pour amener chaque bras à une position active unique fixe par rapport au chariot, des moyens étant prévus pour ne permettre la manoeuvre que du seul bras situé en position active. Selon une forme préférentielle de l'invention la machine comporte trois bras de manutention, un pour la manutention des assemblages complets, un pour la manutention des grappes de contrôle, le troisième pour la manutention des grappes bouchons et des grappes de poison consommable. L'invention va maintenant etre décrite avec plus de détails en se référant à un mode de réalisation particulier donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés. La figure t représente une vue partielle du bâtiment principal d'un réacteur nucléaire, et montre la position relative de la machine objet de l'invention par rapport à la cuve du réacteur. Les figures 2, 3 et 4 représentent, à plus grande échelle, la machine de chargement proprement dite. La figure 2 est une vue latérale, perpendiculairement aux rails de déplacement du pont, et représente le bras de manutention d'un assemblage complet en position déployée. La figure 3 est une vue de face, et partiellement en coupe, du pont roulant, parallèlement aux rails, et montre le bras téles conique remonté. La figure 4 est une vue en plan de la plateforme du pont roulant en supposant enlevées les superstructures supérieures. La figure 5 est une coupe selon V-T de la figure 2 et montre la disposition intérieure des trois bras télescopiques. On se réfèrera tout d'abord à la figure 1 qui montre de façon un peu simplifiée une partie du estiment formant l'enceinte du réacteur. La cuve 1 du réacteur qui occupe le centre du batSment est représentée ici prote pour une opération de rechargement, c'est-à-dire avec son couvercle enlevé ainsi que les équipements supérieurs de commande des barres de contrôle. Le plan de joint supérieur de la cuve, sur lequel stappuie normalement le couvercle, affleure alors sur le fond de la piscine 2 du réacteur. Pendant toutes les opérations de rechargement la piscine 2 est remplie d'eau boriquée.La machine de manutention 3, objet de l'invention, clraule à la manière d'un pont roulant sur des chemins de roulement 5 juste au-dessus du niveau supérieur de la piscine. La machine 3 peut ainsi se déplacer entre une position située au-dessus de la cuve du réacteur et une autre position située au-dessus d'une fosse 6 de la piscine ou se trouvent des rateliers formant postes de transit pour des assemblages combustibles neufs avant mise en place dans le réacteur ou des assemblages combustibles usés avant évacuation. On se réfèrera maintenant à l'ensemble des figures 3 à 5 pour la description de la machine de manutention proprement dite désignée globalement par le repère 3 de la figure I. Comme dans les machines précédemment utilisées, elle comporte une plateforme principale 10 formant la poutre du pont roulant et qui roule sur les rails 5 par les galets 11. Compte tenu de l'échelle des dessins, et pour ne pas encombrer les figures, on n'a pas représenté ici les moteurs ni le dispositif d'entrainement de l'ensemble en déplacement longitudinal sur les rails 5 ; de tels équipements sont de type absolument classique pour les ponts roulants.De môme on nta pas représenté de fa çon précise le dispositif de déplacement transversal du chariot 14 sur les rails 15 porté par la plateforme 10, le chariot 14 se dépla çant ici tout-à-fait de la môme façon que sur un pont roulant clas situe. Le chariot 14 supporte unetoureilepivotante t7 qui peut être mise en rotation au moyen du moto-réducteur 18 entrainant de façon usuelle un pignon en prise avec une couronne dentée extérieure à la tourelle 17. La tourelle 17 porte trois zntts tubulaires verticaux 20, 21 et 22, angulairement équidistants par rapport à l'axe de rotation de la tourelle 17, et entretoises en 23. Le mat 20 porte assemblage est équipé, comme sur les machines de rechargement existantes actuelles, pour manipuler des assemblages combustibles complets, c'est-à-dire avec leur grappe auxiliaire. Pour cela le mat 20 comporte un élément tubulaire télescopique intérieur 24 (Figure 5) qui comporte des nervures longitudinales 25 guidées de place en place le long du tube 20 par des galets radiaux 26 et des galets latéraux 27. La partie inférieure du tube télescopique 24 est muni d'un embout formant grappin 29 qui peut stadaXte~ à la partie supérieure d'un assemblage complet 30. le levage est assuré par un cible 32 fixé au tube 24, et manoeuvré à partir d'un treuil 34 disposé dans une tour 35 formant superstructure de la tourelle 17 et orientable avec elle. À partir dsune position totalement rétractée, la manoeuvre de prise dtun assemblage s'effectue en déroulant le cible 32. Le tube 24 descend jusqutau moment où le grappin 29. vient se centrer en appui sur l'extrémité de l'assemblage SO et sty accrocher. Bien entendu, l'accrochage du grappin 29 est télécommandé par des moyens électriques et pneumatiques, et la tour 35 supporte également des dérouleurs pour les canalisations d'alimentation électrique et pneumatique, pour leur permettre de suivre les mouvements de montée et de descente du tube télescopique 24 et de son grappin 29. À la remontée, l'ensemble du tube 24 et de l'assemblage 30 se déplace en bloc jusqu'à la position extrême représentée figure 3, dans laquelle l'assemblage a totalement pénétré dans le tube 20. Dans cette position, la machine peut se déplacer librement au-dessus de la piscine du réacteur, aucun élément ne venant faire saillie en dessous du niveau inférieur des tubes 20, 21 et 22 qui se situent au-dessus du niveau supérieur de la cuve. Le mit 21 est équipé de façon assez analogue pour la manutention des grappes de contrôle. Mais ici, l'élément télescopique coulissant dans le tube 21, et guidé par le môme type de galets répartis le long du tube, est constitué par une série de grilles 40 réunies par des entretoises,la découpe de chaque grille reproduisant l'enveloppe des crayons absorbants et des branches étoilées qui les relient par leur partie supérieure à ltorgane d'accrochage. Au tube 21 est également associé un câble de levage 41 avec un grappin d'accrochage. Le cible 41 est manoeuvré à partir d'un treuil disposé dans la superstructure 35 comme le treuil 34 associé au tube 20. Ici, à la descente du câble 41, l'organe guide à grilles 40 descend d'abord jusqu1à venir en appui sur la tête de l'assem- blage, puis le grappin de préhension continue à descendre dans le guide jusqu'à son accrochage sur la grappe. A la remontée des barres de contrôle, l'ensemble 40 reste d'abord fixe, en appui sur l'assemblage, et sert de guide pour l'en- semble des crayons de la grappe de contrôle; lorsque celle-ci est entièrement maintenue par les grilles 40, l'ensemble remonte en bloc pour pénétrer totalement dans le tube 21, laissait aimai toute liberté de manoeuvre à 11 ensemble de la machine de manutention 3. De façon encore analogue, le mftt 22 est équipé, avec un élément intérieur télescopique, un cible et un grappin de levage, avec des accessoires spécialement déterminés pour la manutention des grappes dites de poison consommable ou des grappes de bouchons0 Les trois mats 20, 21 et 22 sont ainsi chacun équipés de leurs propres moyens de manoeuvre ffie leur élément télescopique et de leur propre cible et treuil de levage, et peuvent prendre chacun trois positions par rotation de la tourelle 17. Nais une seule de ces positions, fixe par rapport au chariot, est une position active de travail où les manoeuvres sont possibles. Sur les figures 2,3 et 4 c'est le mat 20 qui occupe la position active.On n'a pas décrit ici les dispositifs de verrouillage de sécurité, qui peuvent etre de tous types usuels, destinés à empêcher les manoeuvres des mats autres que celui amené en position active de travail, ni ceux destinés à empêcher les mouvements de la tourelle et du chariot tant que le mat manoeuvré n'a pas été ramené en position totalement rétractée. La tourelle 17 porte également, dans l'axe de rotation, une perche télescopique auxiliaire 45, munie à son extrémitd d'une caméra de télévision 46 à visée rotative. En position rétractée la perche 45 ne dépasse pas le niveau inférieur des tubes 20, 21 et 22; en position déployée elle permet d'amener la caméra jusqutau niveau supérieur des assemblages. Avec une machine ainsi réalisée selon l'invention, une opération complète de rechargement comportant par exemple ltenlivement d'un assemblage à combustible usé, une permutation d'assemblages dens le coeur et l'apport d'un assemblage à combustible neuf, 'effec- tue selon les séquences suivantes, après bien entendu enlèvement du couvercle de la cuve et des mécanismes de commande des barres due contrôle La machine 3 est amenée au-dessus d'un assemblage à enlever, avec le mat 20 en position de travail. On remonte alors l'assemblage usé avec la grappe de bouchons qui lui était associée, et l'ensemble est amené au poste de transfert où l'assemblage est déposé dans un panier Après rentrée du bras télescopique 24, et sans bouger le chariot 14, on fait tourner la tourelle de 1200 pour amener le bras 22 au-dessus de l'assemblage dans le panier, et on extrait la grappe de bouchons de ltassemblageO La machine 3 est alors ramenée au-dessus de la cuve, au dessus d'un assemblage venant de terminer le deuxième tiers de son cycle et encore muni d'une grappe de contrôle. Par une nouvelle rotation de 1200 de la tourelle 17, le bras 21 est mis en position de travail, et est utilisé pour enlever la grappe de contrôle.Sans déplacer la machine 3, ni le chariot 14, par rotation de 1200 de la tourelle, le bras 22 portant déjà la grappe de bouchons est amené au-dessus de l'assemblage usé aux deux tiers, qui reçoit alors la grappe de bouchons pour le dernier tiers de son activité dans le réacteur. La machine, portant ainsi une grappe de contrôle, peut ensuite être utilisée, avec son bras 20 qui est libre, pour transporter un assemblage complet de la périphérie vers le centre de la cuve. Enfin, touJours en portant une grappe de contrôle sur le bras 21, la machine est amenée vers le poste de transfert, an-desrrus d'un assemblage neuf, en attente mais encore démuni de grappe. 'assemblage neuf est alors équipé de la grappe de contrôle au moyen du bras 21, puis l'ensemble est enlevé grtce au bras 20 pour étire ensuite amené à sa place. On voit qu'on a pu ainsi' avec la même machine' assurer à la fois les transports ou permutations dtassemblages complets, mais aussi réaliser les permutations de grappes avec le plus souvent comme me temps intermédiaire entre opérations une simple rotation d'un tiers de tour de la tourelle 17. Toutes ces opérations sont réalisées avec contrôle visuel grace à la caméra 46, qui permet aussi ltexemen de l'état des différentes grappes au cours de leur manutention. Bien entendu, la séquence décrite ci-dessus n'est qu'un exemple entre un grand nombre de séquences possibles dépendant des conditions particulières d'exploitation du réacteur et de la nature des différentes grappes à utiliser, mais on retrouvera dans tous les cas le même intérêt de pouvoir réaliser des opérations successives par simple rotation de la tourelle sans meme avoir à déplacer le pont 10 ni son chariot 14. il en résulte évidemment tout d'abord un important gain de temps sur les opérations de rechargement mais aus si la possibilité d'effectuer ces diverses manoeuvres avec un seul opérateur. La réduction simultanée du nombre de personnes à faire pénétrer dans l'enceinte du réacteur et du temps pendant lequel elles doivent y séjourner est un important facteur de sécurité dans la protection contre les radiations. Bien entendu, ltinvention n'est pas strictement limitée au seul mode de réalisation qui a été décrit à titre d'exemple, mais elle couvre également les modes de réalisation qui n'en diffèreraient que par des détails, par des variantes dtexécution, ou par l'utilisation de moyens équivalents. C'est ainsi qu'on pourrait également imaginer une machine analogue avec quatre bras sur la tourelle, chaque bras ayant alors une spécialisation encore plus poussée. RSVENDICATIONS 1 - Machine de chargement d'un réacteur nucléaire, dans lequel les assemblages combustibles sont partiellement renouvelés à chaque rechargement, avec permutation de position des assemblages dans le coeur du réacteur, les assemblages combustibles étant équipés de grappes auxiliaires telles que, suivant leur position dans le coeur, des grappes de contrôle, des grappes de poison consommable, des grappes bouchons, la manutention s'effectuant à partir d'un pont roulant circulant au-dessus de la piscine du réacteur, caractérisée par le fait que le chariot du pont roulant est équipé d'une plateforme tourante portant plusieurs bras verticaux télescopiques de manutention dont les moyens propres de préhension et de soulevement sont chacun adaptés soit à la manutention d'un assemblage complet avec sa grappe auxiliaire, soit à la manutention d'au moins un type de grappe auxiliaire, la plateforme tournante comportant autant de positions angulaires d'arrêt que de bras télescopiques, déterminées pour anener chaque bras à une position active unique, fixe par rapport au chariot, des moyens étant prévus pour ne permettre la manoeuvre que du seul bras situé en position active. 2 - Machine selon revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comporte trois bras de manutention annulairement équidistants par rapport à l'axe de rotation de la tourelle, un bras étant aménagé pour la manutention d'un assemblage complet, un autre bras étant aménagé pour la manutention des grappes de contrôle, le troisième bras étant aménagé pour la manutention aussi bien des grappes de bouchons que des grappes de poison consommable. 3 - Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'un treuil autonome est associé à chaque bras de la machine. 4 - Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comporte en outre, dans l'axe de rotation de la tourelle, une perche télescopique auxiliaire munie d'une caméra de télévision.