Brevet FR2402926A1 — publié le 19790406

La présente invention due aux travaux de Monsieur Jean PUCHEVRIER de TECHNICATO-ME, a. pour objet une pile piscine pour faire des expérimentations, cette pile ou réacteur nucléaire étant munie d'une machine de chargement et de déchargement des combustibles nucléaires. De façon plus précise, la présente invention concerne une machine de chargement et de déchargement en éléments combustibles du coeur d'une pile piscine servant plus particulièrement à des expérimentations sous irradiations. Cela signifie qu'une partie de l'extrémité supérieure du coeur de cette pile piscine n'est pas accessible en raison de la présence de dispositifs particuliers permettant les diverses expérimentations. On sait que dans les réacteurs classiques et dans les piles piscines en particulier, le chargement et le déchargement des éléments combustibles constituant le coeur se font à l'aide d'une machine de manutention qui se déplace au-dessus du coeur pour venir saisir les éléments combustibles usés en vue de leur extraction du coeur ou pour venir placer dans le coeur des éléments combustibles neufs. La solution couramment adoptée dans ce type de réacteurs nucléaires consiste à avoir recours à des perches qui sont manoeuvrées depuis la partie supérieure du hall de la pile piscine. Cependant, dans le cas d'expériences d'irradiation et notamment d'incursion de puissance, on est obligé soit d'augmenter le nombre des éléments combustibles du réacteur, soit d'accroître la puissance individuelle de chaque élément combustible pour obtenir le flux neutronique- souhaité. Dans le premier cas, cela conduit à des opérations de manutention qui sont trop longues d fait du nombre d'éléments combustibles. Dans le deuxième tas, les éléments combustibles ont un poids trop important pour que les opérations de manutention puissent se faire à l'aide de simples perches de type classique tout en assurant les conditions de sécurité indispensables. La présente invention 3 précisément pour objet une pile piscine pour effectuer des expérimentations munie d'une machine de chargement et de déchargement qui est compatible avec la présence d'une boucle d'expérimentation à la partie supérieure du coeur du réacteur tout en assurant un effort de manutention suffisant pour pouvoir utiliser des éléments combustibles d'un poids important. En d'autres termes, la machine de manutention intervient par la périphérie de la surface supérieure du coeur et elle est placée en permanence en-dehors du périmètre de coeur, laissant ainsi libre un espace pour l'emplacement de la boucle expérimentale située au centre et au-dessus du coeur du réacteur. L'invention, dans ce but, a pour objet une pile piscine pour expérimentations comprenant à l'intérieur d'une piscine remplie d-'eau un coeur constitué par une pluralité d'éléments combustibles verticaux disposés salon des directions orthogonales X et Y, un ensemble d'expérimentation occupant une partie de la face supérieure dudit coeur et un dispositif de manutention des éléments combustibles, qui se caractérise en ce que ladite piscine comprend deux premiers rails de guidage horizontaux disposés parallèlement selon une direction Y au-dessus de la surface de l'eau et à proximité du coeur, et deux deuxièmes rails de guidage disposés parallèlement aux deux premiers rails de guidage de part et d'autre du coeur, et en ce que ledit dispositif de manutention comprend une table supérieure munie de galets de supportage reposant sur l'un desdits premiers rails et une table inférieure, solidaire de la table supérieure, munie de galets de guidage dans un plan vertical, apte à coopérer avec un des deuxièmes rails de guidage, un chariot mobile en translation verticale entre ladite table supérieure et ladite table inférieure, un bras solidaire en translation verticale dudit chariot et mobile en translation horizontale par rapport audit chariot selon une direction horizontale X, un grappin à axe vertical comportant une extrémité de préhension apte à être verrouillée à l'extrémité supérieure d'un élément combustible et un corps monté pivotant monté à l'extrémité libre dudit bras, des moyens solidaires de ladite table supérieure pour commander les déplacements dudit chariot mobile, des moyens solidaires de ladite table supérieure pour commander les déplacements dudit bras, des moyens solidaires de ladite table supérieure pour faire pivoter l'extrémité de préhension du grappin, des moyens d'immobilisation de ladite table inférieure sur ledit rail inférieur, ces moyens étant solidaires de ladite table supérieure, et des moyens pour déplacer ledit dispositif d'un premier ensemble des premiers et deuxièmes rails au deuxième ensemble de premiers et de deuxièmes rails. On comprend que le grappin de préhension des têtes des éléments combustibles est commandé par un bras qui se déplace horizontalement, ce qui tient compte de l'encombrement du à la présence de la boucle d'expérimentation. L'extraction et l'introduction d'un élément combustible sont obtenues par un déplacement vertical du chariot mobile, ce qui permet de disposer d'un effort de levage suffisant. Enfin, l'ensemble des commandes de déplacement des différents organes du dispositif est ramené au niveau de la table supérieure, c'est-à-dire au-dessus du niveau de l'eau permettant ainsi une commande manuelle des divers déplacements. De toutes façons, l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, la description se réfère aux figures annexées sur lesquelles on a représenté - sur la figure 1, une vue générale en élévation montrant la piscine et le dispositif de manutention, - sur la figure 2, une vue en perspective montrant plus en détails les différentes parties du dispositif de manutention, - sur la figure 3, une vue de dessus des bras mobiles commandant les déplacements horizontaux du grappin de préhension et - sur la figure 4, une vue en élévation correspondant à la vue de dessus de la figure 3 montrant la commande du déplacement de ces bras et le guidage vertical du dispositif par les rails inférieurs. Sur cette figure 1, on a représenté la piscine avec sa paroi verticale 2 et son fond 4 à l'intérieur de laquelle on trouve le coeur 6 constitué par les éléments combustibles verticaux 8. Le coeur est surmonté, dans sa partie centrale, par une conduite de diamètre important 10 servant à la réalisation d'un certain nombre d'expériences sous une irradiation produite par le coeur 6. On comprend, comme on l'a déjà expliqué, que la présence de ces dispositifs 10 d'expérimentation empêche l'emploi d'une machine de manutention de type classique. On a représenté par la ligne 12 le niveau supérieur de l'eau dans la piscine et par la ligne 13 le bord de cette piscine. La machine de chargement et de déchargement est supportée et guidée de part et d'autre du coeur par deux groupes de deux rails respectivement à droite et à gauche du coeur, un rail supérieur 14a ayant une section droite circulaire et un rail inférieur 16a de guidage-dans un plan vertical de l'ensemble, ce rail ayànt en section la forme d'un V.A gauche de la piscine, on retrouve un rail supérieur de supportage 14b et un rail inférieur de guidage 16b. Comme on lta déjà indiqué, le dispositif de chargement comporte une table supérieure 18 sur laquelle est ramené l'ensemble des organes de commande manuelle permettant d'obtenir les différents mouvements de la machine de chargement et de déchargement et d'une table inférieure 20 supportant ou guidant les différentes parties mobiles de la machine. Une passerelle 23 permet à l'opérateur de commander la machine de chargement et de déchargement. La table supérieure et la table inférieure sont solidarisées par des montants verticaux 21. La table supérieure 1 8 est munie de deux galets de supportage 22. De même, la table inférieure 20 comporte deux galets de guidage vertical 24.Chaque galet 22 est en fait constitué par deux demi-galets coniques 22' et 22" dont l'écartement est réglable à l'aide d'une vis non représentée. On comprend quten réglant l'écartement entre les deux demi-galets, on règle la position des galets de guidage vertical 24 par rapport au rail inférieur 16a. On trouve également un rail inférieur annexe 26a(respectivement 26b) coopérant avec des galets à axes verticaux 28 solidaires de ladite table inférieure 20 qui constituent des butées pour empêcher un éventuel pivotement de l'ensemble du dispositif autour du rail de supportage 14a. La partie active de la machine de chargement et de déchargement comprend essentiellement un grappin 30 comportant une partie de préhension 32 des extrémités supérieures des éléments combustibles 8 et un corps 34. L'extrémité de préhension 32 peut être verrouillée ou déverrouillée sur l'élément combustible par rotation autour de son axe vertical. Ce bras est monté sur un chariot mobile en translation verticale 38. Le bras 36 peut se déplacer en translation horizontale par rapport au chariot 38.Ce dernier est guidé par les glissières verticales 4 montées entre la table supérieure 18 et la table inférieure Z. En outre, une tige de commande verticale 42 associée a une manivelle 43 comportant deux joints de cardan permet d'obtenir le pivotement d'une pièce interne au grappin 30, ce qui assure par un mouvement re latif de ladite pièce par rapport au corps du grappin le verrouillage et le déverrouillege de la partie de préhension 32 sur une tete d'un élément combustible 8. Sur la figure 2, on a représenté plus en détails les diffé rentes parties du dispositif de chargement et de déchargement. On voit en particulier que le bras 36 permettant le déplacement selon la direction X du grappin 30 est constitué en fait par une pièce d'extrémité 50 formant fourche pour recevoir le corps 34 du grappin fixée à l'extrémité de deux tiges, respectivement référencées 52 et 54. Ces tiges sont guidées en translation horizontale dans le chariot mobile 3B, comme on le montrera ultérieurement. Le dépla cement du bras 36 est obtenu par la coopération d'un pignon 58 monté à l'extrémité de litige verticale de commande 60 et d'une crémaillère 62 taillée dans le bras 54.En agissant sur la manivelle 62 fixée à l'extrémité de la tige 60 au-dessus de la table 18, on fait tourner le pignon 58, ce qui entraine le déplacement du bras 36 selon la direction X. Il va de soi que le chariot 38 étant mobile selon une direction verticale, la tige de commande 60 est télescopique. De même, la tige de commande 42 de mise en rotation de la partie interne du grappin 30 est munie de deux joints de car dan 64 et 6E. En effet, la tige de commande est fixée à son extré mité supérieure sur le corps 30 du grappin qui est mobile en trans lation horizontale alors que la tige de commande 42 est guidée en rotation autour d'un axe vertical au niveau de la table supérieure 18. Le joint de cardan 66 peut être guidé par la partie supérieure 68 du chariot mobile 38.La tige de commande 42 est également télescopique ainsi que la tige reliant les joints de cardan 70. La translation verticale du chariot mobile 38 est commandée par le câble 72 qui passe sur la poulie 74 montée sur la table supérieure 18 et qui est entraînée par exemple par la manivelle 76. Les déplacements selon la direction Y sont obtenus bien sûr en déplaçant l'ensemble du dispositif le long des rails 14a et 16a à partir de la passerelle d commande, en maintenant l'ensemble du bras de commande 36 fixe. Pour immobiliser dans une position donnée selon la direction Y, le dispositif de chargement et de décharge ment, un sabot de verrouillage 80, monté à l'extrémité de la tige 82 munie de la manivelle 84, peut être plaqué sur la nervure 86 parallèle aux rails inférieurs 16a. En plus de ce système de verrouillage, un système de positionnement est prévu pour contrôler que le grappin est placé correctement selon la direction Y.Ce système consiste en un ergot ou tenon 90 qui peint être soulevé et abaissé par l'intermédiaire du câble 92 actionné par le levier 94 et qui peut pénétrer dans des encoches 96, chaque encoche correspondant, par exemple, à une ligne d'assemblages combustibles dans le coeur selon la direction X; ces encoches 96 ont bien sOr une forme de V ainsi que l'extrémité du tenon 90 d'indexation. Par ailleurs, le positionnement du bras 36 selon la direction X est contrôlé à l'aide d'un tenon de positionnement 100 fixé à l'extrémité d'un câble vertical 102 dont l'extrémité supérieure non représentée sur la figure 2 peut être actionnée à partir de la table supérieure 18. Ce tenon de positionnement 100 peut pénétrer dans des encoches telles que 104 ménagées sur la face supérieure du bras 52. L'espacement entre les encoches correspond bien sûr au dépîsce- ment nécessaire pour passer d'un élément combustible à l'élément combustible suivant selon la direction X. Sur la figure 4 on voit plus en détail un mode de réalisation de la liaison entre le grappin 30, la fourche 50 et la tige de commande 70. Le corps du grappin comprend en fait une partie tronconique 109 qui peut coopérer avec la face inférieure de la fourche 50. La partie supérieure 110 du corps 34 du grappin est filetée . La partie filetée 110 coopère avec une bague 111.Le corps du grappin est traversé par une tringle de commande 112 dont l'extrémité inférieure est solidaire de la douille de préhension 32, dont l'extrémité supérieure se termine par un carré 113 et qui est montée pivotante dans le corps 34 du grappin L'extrémité inférieure de la tige de commande 70 est montée pivotante dans la poterie 114 solidaire de la fourche 50. Elle se termine par une partie creuse 115 apte à coopérer avec le carré 113 en rotation. Lors du montage du grappin sur la fourche on sert la bague filetée 111. Cela produit la remontée ae l'ensemble du corps du grappin provoquant ainsi la pénétration du carré 113 dans la partie creuse 115. La douille de préhension 32 est de préférence du type à baionnette. De plus, il est bien évident que le dispositif de chargement et de déchargement représenté dans la position qu'il occupe sur la figure 1 ne permet pas d'accéder à la totalité des éléments combustibles 8 du coeur 6 (partie de gauche). C'est pourquoi, comme on l'a déjà indiqué, il existe un double jeu de rails supérieur et inférieur disposés de part et d'autre du coeur du réacteur. Un ensemble formant un pont roulant 120 permet de déplacer le dispositif depuis la position qu'il occupe sur la figure 1 jusqu a une position symétrique par rapport au coeur de la pile piscine. Dans ce cas, bien entendu, le dispositif fonctionne exactement de la même manière, les galets 22 coopérant avec le rail 14b et les galets 24 avec le rail 16b. Le fonctionnement de cette machine découle clairement de la description précédente. Une séquence correspondant par exemple à l extraction 9'un élément combustible usé se déroule de la façon suivante. L'opérateur qui se place sur la passerelle 23, pousse la machine dans la direction Y à l'aide de poignées non représentées ménagées sur la table supérieure 18. Il pousse la machine jusqu'à ce qu'un index vienne en face de la graduation d'une réglette fixe non représentée correspondant à la rangée d'éléments combustibles à atteindre. Puis l'opérateur agit sur la manette 94 pour provoquer l'enfoncement du tenon d'indexage 90 dans la rainure en V 96 correspondant à la rangée d'éléments combustibles choisie. Enfin il cale en Y la machine dans cette position. Pour cela il agit sur la manette 84 qui provoque le pivotement du sabot 80 et le coincement de celle-ci sur le rail auxiliaire 86. Ensuite l'opérateur va effectuer le réglage en X. Pour cela il agit sur la manette 62,ce qui provoque le déplacement du bras 36 par rapport au chariot mobile 38. Il s'arrete lorsqutun index lié à la manivelle vient en face d'une graduation correspondant à la ligne d'éléments combustibles (parallèle à la direction Y) qu'il veut atteindre. il actionne ensuite le tenon d'indexation 100. Dans cette situation le grappin se trouve placé au-dessus de l'élément combustible à extraire. Il ne reste donc plus qu'à assurer le verrouillage du grappin sur la tête de l'élément combustible et son extraction. Pour cela l'opérateur agit sur le treuil 76 pour provoquer l'abaissement du chariot mobile 38 jusqu a ce que la tête 32 du grappin arrive en contact avec-la barrette de fixation 9 de l'élément combustible 8. A ce moment l'opérateur agit sur la manivelle 43, ce qui assure le verrouillage du grappin sur la tête de l'élément combustible. Ensuite il lui suffit, en agissant en sens inverse sur le treuil 76 de provoquer la remontée du chariot 38 jusqu'à ce que l'élément combustible soit totalement sorti du coeur 6. Un des principaux avantages de cette invention réside dans sa robustesse puisque le dispositif de chargement et de déchargement peut soulever des charges de 70 kg, ce qui serait impossible avec une perche de manutention de type classique. Par ailleurs, tous les systèmes de contrôle des déplacements sont reportés au niveau de la table supérieure 18. Cela permet ainsi de s'affranchir de ltécran d'eau que constitue la hauteur d'eau dans la piscine. REVENDICATIONS 1. Pile piscine pour effectuer des expérimentations comprenant à l'intérieur d'une piscine remplie d'eau un coeur constitué par une pluralité d'éléments combustibles verticaux disposés selon deux directions orthogonales X et Y, un ensemble d'expérimentation occupant une partie de la face supérieure dudit coeur et un dispositif de manutention desdits éléments combustibles, caractériséeen ce que ladite piscine comprend deux premiers rails de guidage horizontaux disposés parallèlement selon la direction Y au-dessus de la surface de l'eau et à proximité du coeur, et deux deuxièmes rails de guidage disposés parallèlement aux deux premiers de part et d'autre du coeur et en dessous desdits premiers rails, et en ce que le dispositif de manutention comprend - une table supérieure munie de galets de supportage et de roulement reposant sur un desdits premiers rails, et une table inférieure, solidaire de ladite table supérieure munie de galets de guidage dans un plan vertical, aptes à coopérer avec un des deuxièmes rails, - un chariot mobile en translation verticale entre ladite table supérieure et la table inférieure, - un bras solidaire en translation verticale dudit chariot et mobile en translation horizontale par rapport audit chariot selon la-direction horizontale X, un grappin à axe vertical comportent une extrémité de préhension apte à être verrouillée à l'extrémité d'un élément combustible et un corps monté pivotant à l'extrémité dudit bras, - des moyens associés à ladite table supérieure pour commander les déplacements du chariot, - des moyens associés à ladite table supérieure pour commander les mouvements dudit bras, - des moyens associés à ladite table pour commander le pivotement de l'extrémité de préhension du grappin, - des moyens d'immobilisation dudit dispositif de manutention par rapport auxdits rails, ces moyens étant commandés de la table supérieure, et - des moyens pour déplacer ledit dispositif de manutention d'un premier ensemble d'un premier rail et d'un deuxième rail au deuxième ensemble d'un premier rail et d'un deuxième rail. 2. Pile piscine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de manutention comprend des moyens d'indexation de la position selon la direction Y constitué par un tenon mobile en translation verticale apte à coopérer avec des encoches en forme de V ménagées sur un rail parallèle à chacun desdits deuxièmes rails, et des moyens d'indexation de la position dudit bras selon la direction X constitués par un tenon mobile en translation verticale apte à coopérer avec des encoches ménagées sur la face supérieure dudit bras. 3. Pile piscine selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les premiers rails ont une section circulaire et en ce que chaque galet de la table supérieure est constitué par deux demi-galets tronconiques formant une gorge et par des moyens pour régler la distance entre les deux demi-galets. 4. Pile piscine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les moyens de commande de pivotement du grappin consistent en une tringlerie dont l'extrémité supérieure est solidaire d'un organe de manoeuvre et dont l'autre extrémité est solidaire du corps du grappin, ladite tringlerie comportant au moins une tige télescopique et deux joints de cardan.