Brevet FR2486297A1 — publié le 19820108

L'invention concerne un dispositif de chargement et de déchar- gement d'assemblages combustibles pour réacteur nucléaire à neutrons rapi- des permettant le passage des assemblages entre une rampe primaire de char- gement et de déchargement communiquant avec la cuve d'un réacteur à neu- trons rapides et une rampe secondaire communiquant avec une zone de stocka- ge ou de chargement des assemblages. Dans le cas des réacteurs nucléaires à neutrons rapides, les as- semblages combustibles constituant le coeur du réacteur nucléaire disposés dans la cuve de celui-ci doivent pouvoir être remplacés après un certain temps d'utilisation dans le réacteur. Dans ce type de réacteur, on dispose donc de moyens permettant d'extraire les assemblages irradiés du coeur du réacteur puis de la cuve de celui-ci pour les transférer dans une zone de stockage et de décontamina- tion ou dans un moyen de transport et de stockage provisoire. Ces moyens d'extraction et de transfert comportent généralement une machine de transfert disposée au-dessus de la cuve du réacteur permet- tant l'extraction des assemblages du coeur, leur transfert et leur dép8t dans uxe zone de la cuve du réacteur dans laquelle débouche une rampe de transport des assemblages appelée rampe primaire. Cette rampe primaire per- met le transport des assemblages depuis la cuve du réacteur jusqu'à un dis- positif de transfert appelé sas de chargement et de déchargement dans lequel l'assemblage peut être transféré dans une seconde rampe appelée rampe secon- daire qui communique avec une zone de stockage des assemblages ou avec une zone de chargement de ces assemblages dans des moyens de transport ou de stockage temporaire Les assemblages sont déplacés à l'intérieur des rampes primaire et secondaire par des dispositifs de traction tels que des treuils. Le sas de chargement et de déchargement renferme une rampe mobile fixée à un tourniquet permettant sa mise en rotation sous l'effet de moyens moteurs disposés à la partie supérieure du sas pour son déplacement par pi- votement entre une position o la rampe mobile se trouve dans le prolonge- ment de la rampe primaire et une position o cette rampe mobile se trouve dans le prolongement de la rampe secondaire. Le dispositif de traction est généralement fixé sur le tourni- quet et suit donc les mouvements de rotation de la rampe mobile. D'autres dispositifs de déplacement des assemblages à l'inté- rieur des rampes primaire et secondaire peuvent également être fixés à ces rampes pour le déplacement des assemblages pendant une partie de leur trans- port entre la cuve et le sas de chargement et de déchargement ou entre le sas de chargement et de déchargement et la zone de stockage. Certains sas de chargement et de déchargement comportent deux rampes mobiles dont la mise en rotation simultanée permet de faire passer chacune de ces rampes d'une position en communication avec la rampe primai- re à une position o elle est en communication avec la rampe secondaire et inversement. Des assemblages étant amenés par les dispositifs de traction à l'intérieur de la rampe mobile, on peut ainsi faire passer ces assemblages de la rampe primaire à la rampe secondaire. Le sas de chargement et de déchargement et les dispositifs de transfert qui lui sont associés reposent sur la structure du réacteur sur laquelle sont fixées la cuve et les installations annexes du réacteur. Ce sas est extrêmement encombrant et le coût de construction de cet élément intervient pour une part relativement importante dans le coût de construction du réacteur. Par ailleurs, les périodes de fonctionnement de cet élément sont très espacées dans le temps puisqu'elles correspondent aux périodes pendant lesquelles on arrête le réacteur pour effectuer le rechargement en combus- tible. Le sas sert en effet non seulement au déchargement des assemblages irradiés mais au rechargement du réacteur en assemblages neufs, le mouve- ment de ces assemblages se faisant depuis la zone de stockage jusqu'au coeur du réacteur par l'intermédiaire des rampes secondaires et primaire. Les dispositifs mécaniques du sas de chargement et de décharge- ment sont donc amenés à fonctionner à des moments extrêmement éloignés dans le temps, si bien qu'on ne peut êtm sûr du bon fonctionnement de ces orga- nes mécaniques qui ont subi un arrêt de très longue durée. La tendance actuelle dans la construction des réacteurs nucléai- res à neutrons rapides est de grouper ces réacteurs, par exemple par deux ou quatre unités, sur un même site pour réduire certains investissements par la mise en commun de certains organes de ces réacteurs. On n'a cependant jamais pensé à utiliser un même sas de charge- ment et de déchargement pour un ensemble comportant p lusieurs réacteurs. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de char- gement et de déchargement d'assemblages combustibles pour réacteur nucléaire à neutrons rapides permettant le passage des assemblages entre une rampe primaire de chargement et de déchargement communiquant avec la cuve d'un réacteur à neutrons rapides et une rampe secondaire communiquant avec une zone de stockage ou de chargement des assemblages, constitué par un sas re- posant sur la structure du réacteur, celle-ci portant également les rampes primaire et secondaire, à ltintérieur duquel sont fixés un moyen de trans- fert constitué par au moins une rampe mobile par pivotement entre une po- sition en communication avec la rampe primaire et une position en communi- cation avec la rampe secondaire, grâce à des moyens moteurs, et au moins un dispositif de déplacement des assemblages à l'intérieur des rampes re- lié à la rampe mobile, ce dispositif de chargement et de déchargement devant permettre de rédui-e le coût de construction de réacteurs nucléaires grou- pés sur un même site tout en assurant un service plus fréquent des éléments mécaniques du dispositif sur l'un quelconque des réacteurs nucléaires si- tués à proximité les uns des autres et tout en autorisant également une maintenance aisée du sas pendant le fonctionnement du réacteur. Dans ce but, le dispositif de chargement et de déchargement sui- vant l'invention est amovible dans son ensemble, le sas étant constitué par une enceinte démontable, transportable et comportant des moyens de liaison et d'isolement, au niveau d'ouvertures pratiquées dans sa paroi, pour sa mise en communication avec les rampes primaire et secondaire d'un réacteur. Afin de bien faire comprendre l'invention on va maintenant dé- crire à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux figures jointes en annexe plusieurs modes de réalisation d'un dispositif de transfert sui- vant l'invention, dans le cas de réacteurs nucléaires à neutrons rapides refroidi au sodium liquide. La figure 1 représente de façon schématique l'ensemble du dispo- sitif de transfert d'un assemblage entre le coeur du réacteur et une zone de stockage et de décontamination des assemblages, dans le cas d'un réac- teur nucléaire comportant un sas de chargement et de déchargement suivant l'art antérieur. La figure 2 représente dans une vue en coupe par un plan verti- cal de symétrie un dispositif de chargement et de déchargement suivant ltin- vention dans sa position de service sur un réacteur nucléaire. La figure 3 représente dans une vue en coupe identique à la vue de la figure 2 le même dispositif désaccouplé par rapport au réacteur nu- cléaire. La figure 4 représente dans une vue en coupe identique aux vues des figures 2 et 3, un second mode de réalisation d'un dispositif de char- gement et de déchargement suivant l'invention, dans sa position désaccou- plée par rapport au réacteur nucléaire. La figure 5 représente un dispositif de chargement et de déchar- gement suivant l'invention, selon un troisième mode de réalisation dans une vue en coupe par un plan vertical de symétrie, le dispositif de char- gement et de déchargement étant dans sa position de service sur le réac- teur nucléaire. La figure 6 représente, dans une vue en coupe identique à la vue de la figure 5, le dispositif: représenté sur cette figure dans sa po- sition désaccouplée par rapport au réacteur nucléaire. La figure 7 représente, dans une vue en coupe par un plan de sy- métrie, un premier mode de réalisation des moyens de liaison et d'isolement du sas, dans sa position en service sur-le réacteur. La figure 8 représente les moyens de liaison et d'isolement du sas représentés à la figure 7 dans leur position désaccouplée par rapport au réacteur nucléaire. La figure 9 représente dans une vue en coupe un second mode de réalisation des moyens de liaison et d'isolement du sas. La figure 10 représente les moyens de liaison et d'isolement du sas représentés à la figure 9 dans leur position désaccouplée par rapport au réacteur nucléaire. Sur la figure 1 on voit la structure 1 d'un réacteur nucléaire portant une cuve 2 à l'intérieur de laquelle sont disposés des assembla- ges 3 constituant le coeur du réacteur nucléaire. Une machine de transfert 5 qui peut être déplacée en rotation pour venir occuper toute position au-dessus du réseau des assemblages com- bustibles grâce à des bouchons tournants 7 et 8 assure le transfert des assemblages 3 d'abord en position 3a grâce à des mouvements télescopiques de la machine de transfert puis en position 3b par rotation de la machine de transfert puis descente de l'assemblage à la verticale par des mouve- ments télescopiques. En position 3b, l'assemblage peut être basculé dans une rampe appelée rampe primaire qui débouche à sa partie supérieure dans un sas 11 à l'intérieur duquel débouche également une rampe 12 faisant communiquer le sas avec une zone de stockage 14. L'isolement du sas par rapport aux rampes 10 et 12 peut être ef- fectué grâce à des vannes 16 et 17. Une rampe mobile en rotation 15 solidaire d'un plateau tour- nant 18 disposé à la partie supérieure du sas 11 peut venir se placer suc- cessivement en position 15a en communication avec la rampe primaire et en position 15b en communication avec la rampe secondaire. Un assemblage 3 peut être amené à l'intérieur de cette rampe mobile depuis la rampe primaire ou depuis la rampe secondaire grâce à un treuil 19 surmontant le sas 11 appelé sas de chargement et de déchargement. Le déplacement des assemblages à l'intérieur des rampes 10 et 12 et à l'intérieur du sas peut être effectué uniquement par le treuil 19 ou par le treuil 19 et d'autres treuils disposés à l'entrée des rampes pri- maire et secondaire. A la sortie de la rampe 12, l'assemblage peut être pris en char- ge après basculement en position verticale, par une machine de transfert qui peut déplacer l'assemblage 3 dans la direction verticale dans un sens et dans l'autre, ce qui permet de placer cet assemblage 3 dans une po- sition quelconque à l'intérieur du barillet tournant de stockage 21 dispo- sé à l'intérieur de la zone de stockage 14. Inversement, des assemblages neufs disposés dans la zone de sto- ckage peuvent être prélevés par la machine de transfert 20 et déposés dans la partie de cette zone qui permet de les basculer dans la rampe secondaire 12 pour l'introduction de ces assemblages dans la cuve du réacteur par l'in- termédiaire du sas de chargement et de déchargement.11. Le sas de chargement et de déchargement est disposé de façon per- manente sur la structure 1 du réacteur nucléaire qui porte les rampes 10 et 12 débouchant dans le sas. On voit que dans ce dispositif selon l'art antérieur, le sas de grande dimension forme un ensemble complexe et encombrant recouvert par les éléments 23 de grande épaisseur pour la protection des zones voisines du sas contre le rayonnement. Sur les figures 2 et 3, on voit un dispositif i chargement et de déchargement suivant l'invention dans ses positions, en service sur le ré- acteur et désaccouplée par rapport à ce réacteur. Un tel dispositif suivant l'invention comporte une enceinte fer- mée étanche 25 métallique comportant deux ouvertures 26 et 27 correspondant respectivement aux rampes primaire et secondaire 28 et 29 du réacteur sur lequel est placé le sas amovible suivant l'invention. Des vannes 30 et 31 peuvent permettre de fermer ces ouvertures 26 et 27 situées sur l'enceinte respectivement alors que des vannes 32 et 33 permettent de fermer les extrémités des rampes primaireEt secondaire respectivement, ces rampes communiquant avec lintérieur du réacteur et la zone de stockage. Des brides de jonction disposées entre les vannes 30 et 32 et 31 et 33 respectivement permettent de fixer le sas amovible constitué par l'enceinte étanche 25 sur les rampes primaire et secondaire d'un réacteur nucléaire. Le dispositif de jonction et d'isolation entre le sas et les rampes du réacteur sera décrit plus en détail en se référant aux figures 7, 8, 9 et 10. L'enceinte 25est recouverte par des éléments 34 assurant l'iso- lation contre les radiationsde l'extérieur du sas par rapport à l'inté- rieur. Une rampe mobile 35 est disposée à ltintérieur du sas sur un élément tournant 36 qui permet de mettre cette rampe en communication soit avec la rampe primaire 28 soit avec la rampe secondaire 29. Au-dessus de l'ensemble tournant 36 est disposé un treuil 37 qui permet le déplacement des assemblages combustibles à l'intérieur des rampes soit dans le sens de la montée soit dans le sens de la descente. Sur la figure 3, on voit que lorsque le désaccouplement entre le sas amovible et le réacteur a été effectué par démontage de la bride d'as- semblage disposée entre les vannes d'isolation, on peut soulever le sas amo- vible grâce à un pont roulant, des éléments de prise 38 étant prévus à la partie supérieure du sas. Dans le cas o plusieurs réacteurs nucléaires sont disposés sur un même site, il est possible de transporter le sas amovible sur un autre réacteur nucléaire o l'accouplement avec les rampes primaire et secondaire peut être effectué. Les ouvertures de la structure du réacteur nucléaire d'o l'on vient d'enlever le sas sont refermées par les plaques d'isolation contre les rayonnements 40. Sur la figure 4, on a représenté un sas amovible identique au sas représenté sur les figures 2 et 3 mais dont les éléments d'isolation contre les rayonnements sont constitués en deux parties séparées 41 et 42 qui peuvent être mises en place sur l'enceinte 25 ou au contraire séparées de celle-ci indépendamment l'une de l'autre. En effet l'ensemble du sas et de ses éléments d'isolation contre les rayonnements est d'un très grand poids, par exemple 400 à 500 tonnes et il peut être difficile de disposer de moyens de levage suffisants pour soulever l'ensemble du sas au-dessus du réacteur et pour le déplacer vers une nouvelle position de service au-dessus d'un autre réacteur. Dans le cas du dispositif représenté à la figure 4, avant de soulever le sas au-dessus du réacteur pour son transport, on effectue donc un levage des pièces 41 et 42 qui sont transporté8gns un endroit proche du réacteur nucléaire sur lequel on va disposer le saslavant d'ef- fectuer le levage et le transport de celui-ci comme représenté à la figu- re 4. Sur les figures 5 et 6, on a représenté un autre mode de réali- sation de l'enceinte du sas amovible, cette enceinte 45 étant constituée par un cylindre comportant deux ouvertures 46 et 47 à sa partie inférieure et un ensemble 48 pour le déplacement de la rampe mobile 50 ainsi qu'un treuil 49 à sa partie supérieure. Ainsi qu'il est visible à la figure 6, cet ensemble peut être déconnecté des rampes primaire et secondaire du réacteur et extrait de la structure de protection 51 constituée par un cylindre de forte épaisseur en matériau isolant disposé à poste fixe sur le réacteur et dont la. section droite correspond à la section droite de l'enceinte. Une plaque 52 de protection complémentaire est alors disposée sur la partie supérieure du cylindre 51 pour isoler totalement l'intérieur du réacteur. Sur les figure 7 et 8 on voit de façon plus détaillée l'ensem- ble des moyens de liaison et d'isolation du sas et de la rampe secondaire du réacteur. Ces moyens de liaison et d'isolation sont placés au niveau des ouvertures de l'enceinte 55 permettant la mise en communication de celle- ci avec la rampe primaire ou avec la rampe secondaire. Sur les figures 7 et 8 on a représenté les dispositifs de liai- son et d'isolement permettant la mise en communication de l'enceinte avec la rampe secondaire 56 solidaire de la structure 57 du réacteur. La rampe 56 est solidaire d'un ensemble comportant une vanne d'isolement 58 et une bride de fixation 59 portant des pions de centrage 60. L'enceinte 55 porte à sa partie inférieure, par l'intermédiaire d'un joint à soufflet 61, une vanne d'isolement 62 et un tronçon de rampe 63 fixe par rapport à l'enceinte 55, mis à part les légers déplacements ou déflections de cette rampe 63 par rapport à l'enceinte 55, obtenus par dé- formation du joint à soufflet 61 placé dans le prolongement de la rampe 56. La rampe mobile 64 peut ensuite venir se placer dans le prolon- gement de la rampe 63 par basculement. Sur la figure 7, la rampe 64 a été représentée dans sa position o elle est en communication avec la rampe secondaire 56 et à la figure 8, la rampe mobile 64 a été représentée dans une position o la rampe mobile et la rampe fixe ne sont plus dans le prolongement l'une de l'autre. La rampe mobile est déplaçable par basculement et rotation entre sa position représentée à la figure 7 et une-position o la rampe mobile 64 est dans le prolongement d'un tronçon de rampe fixe non représenté permettant la jonc- tion avec la rampe primaire du réacteur. L'enceinte 55 est entourée par des éléments de protection contre les rayonnements 65 qui viennent lors de la mise en place du sas sur-le ré- acteur dans le prolongement d'éléments de protection 66 solidaires de la structure 57 du réacteurjpour constituer avec ceux-ci une protection sur tout le pourtour du sas. Une bride 67 est d'autre part solidaire de la vanne 62 à son extrémité inférieure venant en position en regard de la bride 59 solidaire de la vanne 58 disposée sur la structure fixe de soutien de la rampe secon- daire sur le réacteur. La bride 67 comporte des pergages permettant la mise en place des pions de centrage 60 lors de l'accostage du sas sur le réacteur. Le sas amovible selon l'invention devant servir sur plusieurs réacteurs, par exemple disposés sur un mêrme site, il est nécessaire de pou- voir adapter le dispositif de jonction de ce sas à de légères différences dimensionnelles pouvant exister entre deux réacteurs en ce qui concerne l'inclinaison ou la position des rampes primaire et secondaire. C'est la raison pour laquelle la rampe 63 solidaire de l'enceinte 55 est fixée sur celle-ci par l'intermédiaire d'un joint à soufflet 61 qui permet de légers déplacements ou déflections. De cette manière on peut toujours faire coïncider les pions de centrage 60 de la bride 59 avec les perçages de la bride 67. Lorsque la mi- se en place des deux dispositifs de jonction et d'isolement corespondant à chacune des rampes primaire et secondaire est réalisée, on effectue la fixa- tion du sas par serrage des brides 59 et 67 et des brides correspondantes au niveau de la rampe primaire. Pour celà, les rampes 59 et 67 comportent un certain nombre de perçages 68 dans lesquels on introduit des vis qui sont fixées par des écrous. La rampe mobile 64 venant se placer par basculement par rapport à la rampe 63 dans le prolongement de celle-ci grâce à une butée arrêtant sa course à l'endroit voulu, la continuité des rampes est assurée entre la rampe mobile et les rampes primaire et secondaire du réacteur. Une légère variation angulaire du déplacement de la rampe mobile permet d'absorber de légères déviations venant d'écarts entre les inclinai- sons ou les entraxes des rampes d'un réacteur à un autre. Sur les figures 9 et 10, on voit un autre mode de réalisation du dispositif de jonction et d'isolement entre l'enceinte 55 et la rampe secondaire 56, l'enceinte 55 portant au niveau de son ouverture 69 une bride 70 portant des pions de centrage 71. L'extrémité supérieure de la rampe 56 porte une vanne 72 elle- même prolongée par une portion de rampe 73 cependant qu'une bride 74 com- portant des perçages correspondant aux pions de centrage 71 est fixée sur la vanne 72 par l'intermédiaire d'un joint à soufflet 75. De cette manière on peut rattraper des décalages angulaires ou d'entraxes entre les rampes et les ouvertures du sas lorsqu'on fait passer le sas d'un réacteur à un autre. Dans ce cas, le basculeur76 vient se mettre en position dans le prolongement de la portion de rampe 73 par basculement. Un clapet interne 77 permet la fermeture de l'ouverture 69 lors de l'isolement du sas par rapport au mlieuextérieur,pour son transport par exemple. On voit que les principaux avantages du dispositif suivant l'in- vention sont de permettre de n'utiliser qu'un seul sas renfermant les dis- positifs mobiles de chargement et de déchargement des assemblages pour un ensemble de réacteurs, ce qui permet d'économiser sur les coûts de cons- truction du réacteur nucléaire, de faire fonctionner les mécanismes asso- ciés au sas de façon plus fréquente et de permettre la maintenance aisée du sas pendant le fonctionnement du réacteur. D'autre part entre les périodes d'utilisation du sas sur le ré- acteur nucléaire, un espace important se trouve disponible au-dessus de la cuve du réacteur dans le bâtiment de celui-ci. Mais l'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui * ont été décrits; elle en comporte au contraire toutes les variantes. C'est ainsi que la forme de l'enceinte constituant le sas n'est pas limitée aux formes qui ont été décrites et représentées, que le mode de fixation et d'isolement du sas peut être différent des modes de fixation et d'isolement qui ont été décrits et que la réalisation de la protection contre les rayonnements peut être obtenue d'une façon différente des modes particuliers décrits. Enfin, le dispositif de chargement et de déchargement suivant l'invention est utilisable pour tous les réacteurs nucléaires à neutrons rapides utilisant un sas faisant passer les éléments combustibles d'une rampe primaire communiquant avec la cuve du réacteur à une rampe secondai- re communiquant avec un point de stockage ou de chargement des assembla- ges combustibles. il REVENDICATIONS 1.- Dispositif de chargement et de déchargement d'assemblages combustibles, pour réacteur nucléaire à neutrons rapides, permettant de passage des assemblages entre une rampe primaire (28) de chargement et de déchargement communxquant avec la cuve d'un réacteur à neutrons rapides et une rampe secondaire (29) communiquant avec une zone de stockage ou de chargement des assemblages, constitué par un sas (25) reposant sur la stru- cture du réacteur, celle-ci portant également les rampes primaire et secondaire (28, 29),à l'intérieur duquel sont fixés un moyen de transfert (35) constitué par au moins une rampe mobile par pivotement entre une posi- tion en communication avec la rampe primaire (28) et une position en com- munication avec la rampe secondaire (29), grâce à des moyens moteurs (36), et au moins un dispositif de déplacement des assemblages à l'intérieur des rampes (28, 29) relié à la rampe mobile (35), caractérisé par le fait qu'il est amovible dans son ensemble, le sas (25) étant constitué par une enceinte démontable, transportable et comportant des moyens de liaison et d'isolation (30, 31) au niveau d'ouvertures (26, 27) pratiquées dans sa paroi pour sa mise en communication avec les rampes pri- maire et secondaire (28, 29) d'un réacteur. 2.- Dispositif de chargement et de déchargement suivant la re- vendication 1 caractérisé par le fait que l'enceinte démontable et trans- portable (25) est constituée par une enveloppe métallique fermée, et re- couvrte par des éléments de protection (34) contre les radiations. 3.- Dispositif de chargement et de déchargement selon la reven- dication 2, caractérisé par le fait que les éléments e protection 1, 42) sont amovibles par rapport à l'enceinte métallique (25), le transport de cette enceinte (25) étant effectué sans les éléments de protection (41, 42). 4.- Dispositif de chargement et de déchargement suivant la re- vendication 2, caractérisé par le fait que les éléments de protection (51) sont fixés sur le réacteur de façon permanente et que l'enceinte (45) de forme cylindrique peut être introduite à l'intérieur de ces éléments de pro- tection (51). 5.- Dispositif de chargement et de déchargement suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé par le fait que les moyens de liaison et d'isolement du dispo- sitif de chargement et de déchargement sont constitués par une vanne (62) et une bride (67) reliées à l'enceinte (55) par un joint déformable (61), une portion de rampe (63) destinée à coopérer avec la rampe mobile (64), par l'intermédiaire d'une butée étant également solidaire de l'enceinte (55) par l'intermédiaire du joint déformable (61), pour permettre l'aligne- et ment des rampes primaire et secondaire du réacteur/ de la rampe mobile (64), même en cas de différences dans l'orientation et l'écartement des rampes, d'un réacteur nucléaire à un autre entre lesquels on transporte le disposi- tif de chargement et de déchargement. 6.- Dispositif de chargement et de déchargement suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé par le fait que les moyens de liaison et d'isolement du dispo- sitif de transfert sont constitués par une bride (70) solidaire de l'en- ceinte (55) et par un clapet (77) disposé à l'intérieur de celle-ci, les rampes solidaires de la structure du réacteur portant une bride (74) cor- respondant à la bride (70) de l'enceinte portée par l'intermédiaire d'un joint déformable (75). 7.- Dispositif de chargement et de déchargement suivant l'une quelconque des revendications 5 et 6 caractérisé par le fait que le joint déformable (61, 75) est constitué par un joint à soufflet ayant pour axe l'axe commun des rampes à mettre en alignement.