Brevet FR2579359A1 — publié le 19860926

Procédé et dispositif de cartograohie d'assemblage de combustible nucléaire Les assemblages de combustible utilisés dans les réacteurs nucléaires modérés et refroidis par eau comportent un faisceau de crayons de combustible maintenus aux noeuds d un réseau régulier, carré ou triangulaire, par un squelette comportant des grilles réunies par des tirants. Chaque crayon comporte une gaine. généralement en alliage à base de zirconium, contenant un empilement de pastilles de combustible maintenues par un ressort. Lors de la fabrication des crayons. par exemple dans une installation du genre décrit dans la demande de brevet EP 84 402 752, la gaine de chaque crayon peut être munie d'une étiquette d'identification permettant de retrouver l'origine de ses constituants et le résultat des contrôles effectués. Après séjour de 1' assem- blage dans un réacteur, il est souhaitable de pouvoir retrouver tous ces renseignements concernant chacun des crayons, notamment pour déterminer quelle irradiation ils ont subi en fonction de Leur position dans l'assem- blage et de la position de ce dernier dans le réacteur ou, en cas de défaut constaté à la sortie du réacteur, pour pouvoir corréler ces défauts à 1 origine des composants ou aux résultats des contrôles antérieurs au chargement en réacteur.Ce dernier problème se retrouve dans de nombreux domaines de la technique : par exemple, on doit pouvoir retrouver les renseignements concernant la fabrication dune ailette de turboréacteur d'avion, après utilisation de celle-ci. Mais, alors qu'il est possible de munir une ailette de repères d'identification, il est exclu de laisser une étiquette sur un crayon de combustible lors du chargement et pratiquement impossible d'y graver des indications sans risques d'affaiblissement. La présente invention vise à fournir un procédé simple et sûr d'identification des crayons lors de la mise en place dans un assemblage, permettant de conserver pour chaque crayon l'ensemble des renseignements le concernant. Dans ce but, 1 invention propose notamment un procédé de cartographie d'assemblage de combustible nucléaire au cours de la mise en place des crayons, caractérisé en ce qu'on insère un å un les crayons des tinés à 1 assemblage dans un gabarit ménageant des emplacements de stockage provisoire reproduisant le réseau des crayons dans 1 assemblage en meme temps qu'on lit une étiquette portée par le crayon et on relève les coordonnées de l'emplacement dans le gabarit à l'aide de moyens solidaires de ce dernier avant d'enlever l'éti- quette ; on dispose le squelette en alignement avec le gabarit ; et on tire les crayons des emplacements de stockage du gabarit dans les passages correspondants du squelette. Le relevé des coordonnées de l'emplacement dans lequel est introduit un crayon peut s'effectuer de façon simple en interposant, sur le trajet d'introduction des crayons, une pièce de mesure percée de trous alignés chacun avec un emplacement et en détectant l'interruption de faisceaux de lumière suivant les deux directions de coordonnées provoquée par le passage d'un crayon On peut en même temps détecter l'introduction complète d'un crayon dans son emplacement de stockage par libération des deux trajets de lumière dès que l'extrémité arrière du crayon a dépassé ces trajets. L'invention vise également à fournir un dispositif effectuant la cartographie d'un assemblage combustible lors de l'opération de chargement de ce dernier, dispositif comprenant un bâti destiné à supporter un squelette d'assemblage et des moyens de tirage longitudinal des crayons dans des passages ménagés par le squelette aux noeuds d'un réseau régulier, caractérisé en ce qu il comprend de plus au moins un gabarit mena- geant des emplacements de stockage temporaire reproduisant le réseau des passages de réception des crayons dans l'assemblage, déplaçable de façon à pouvoir l'amener en alignement avec le squelette et muni de moyens de lecture de repères d'identification portés par une étiquette montée de façon amovible sur chaque crayon et de moyens de détermination des coordonnées de chaque crayon dans le gabarit lors de 1 introduction dans ce dernier. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier d'exécution, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est un schéma de principe en élévation, montrant les composants principaux d'un dispositif suivant un mode d'exécution de l'invention - la figure 2 montre une pièce de chargement utilisable dans le dispositif de la figure 1, en couple suivant la ligne II-II de la figure 3 - la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-III de la figure 2 - la figure 4 montre une constitution possible des parties terminales d'un crayon, avant chargement dans un assemblage. Le dispositif montré en figures 1 à 3 est notamment utilisable pour charger des crayons dans un squelette d'assemblage où les crayons occupent les noeuds d'un réseau carré et sont maintenus par un squelette comportant des pièces d'extrémité reliées par des tirants occupant certa-ins des noeuds du réseau, Le squelette comporte également des grilles entretoises réparties le long des tirants et définissant des alvéoles de maintien des crayons. La pièce montrée en figures 2 et 3 est plus particulièrement destinée à des assemblages possédant 264 crayons, répartis aux noeuds d'un réseau carré de 17 x 17. Les crayons à mettre en place auront généralement une longueur de plusieurs mètres. Comme le montre la figure i, la gaine de chaque crayon 10 peut comporter à une extrémité une tete de préhension 12 dont le rôle apparaitra plus loin et recevoir, à l'autre extrémité, une étiquette 14 d'identification du crayon sous forme d'un code à barres, fixée temporairement à l'aide d'une enveloppe thermorétractable. Au cours de la fabrication du crayon, l'étiquette permet de suivre les opérations (soudage du bouchon d extrémité, introduction des pastilles de combustible, introduction du ressort, mise en place du bouchon, mise sous pression, obturation) ainsi que les contrôles et les stockages. Chaque crayon prêt à être inséré dans un assemblage comporte donc une carte d'identité faisant apparaitre les résultats des divers contrôles. L'installation de chargement des crayons dans un squelette d'assemblage comprend, de façon classique, un bâti 16 reposant sur des pieds 18 et 20. Derrière ce bâti est placée une installation de tirage 22 qui peut avoir une constitution générale du genre déjà décrit dans le document EP-A-17 508, Le bati repose sur les pieds 18 proches de l'installation 22 par des tourbillons 24 lui permettant de basculer autour d'un axe horizontal. Le bâti a une forme approximativement triangulaire en élévation, avec une pointe tronquée dirigée à l'opposé de l'installation de tirage 22. Cette partie éloignée de l'installation de tirage repose simplement sur les pieds 20 et elle est prévue pour permettre un positionnement et une indexation automatiques, comme on le verra plus loin. Un vérin (non représenté2 peut également être prévu pour régler la hauteur de l'extrémité du bâti 16 éloignée des pieds 18. La face supérieure du bâti 16 est munie de cadres 26 destinés à recevoir et à immobiliser les grilles d'un squelette d'assemblage contenant des tubes-guides 28 occupant certains des noeuds du réseau des crayons de combustible. Un cadre peut également être prévu pour recevoir une pièce terminale du squelette, si cette pièce terminale est d un type autorisant le passage d'un organe de tirage. L'installation de tirage 22 comporte de son côté une table-support 30 portée par des vérins 32 de réglage de hauteur. La table porte une nappe d'organes de tirage 34 qui ne seront pas décrits, car ils peuvent avoir une constitution connue, par exemple celle décrite dans le document EP-A-17 508 déjà mentionné. Il suffit de noter que chaque organe de tirage, déplaçable horizontalement dans les deux directions indiquées par les flèches f sur la figure 1, comporte une pince terminale 36 (figures 1 et 4 > . Une variante de réalisation consiste à prévoir un seul organe de tirage, déplaçable transversalement aux flèches f de la figure 1. Le dispositif suivant l'invention comporte au moins un chariot support 38 à structure triangulée, muni de roues 40 permettant de l'amener au droit du bâti 16, c est-à-dire dans la position montrée en figure 1. Ce chariot est prévu pour recevoir un gabarit 41 ménageant des emplacements de stockage temporaire reproduisant le réseau des crayons dans l'assemblage définitif. Le chariot est prévu pour que le gabarit soit au niveau du squelette porté par le bâti 16.De plus, la face terminale de chaque chariot peut être prévue pour accoster 1 extrémité tronquée du bâti 16 et provoquer, par soulavement de ce dernier, un positionnement et un indexage automatiques en coincidence. Le gabarit peut être constitué par des plaques 42 régulièrement réparties et reliées par des tirants 44 dont certains peuvent occuper l'emplacement de tirants dans 1 assemblage. Le bâti 46 du chariot 38, qui porte le gabarit 41, se prolonge vers l'avant et porte également une pièce de chargement 48, à travers laquelle sont successivement introduits les crayons 10 à charger. La pièce de chargement 48 montrée en figures 2 et 3 est prévue pour un assemblage de 264 crayons répartis aux noeuds d'un réseau carré 17 x 17 noeuds. Les crayons se présentent dans l'assemblage sous forme de nappes de dix-sept crayons au maximum, matérialisées par des trous de passage dans la pièce de chargement. Cette pièce comporte une ou des équerres 50 dont la semelle 52 est prévue pour être fixée sur le bâti 46 de façon démontable, par exemple à l'aide de vis 54. Les équerres maintiennent en position verticale un ensemble comportant une plaque épaisse 56 emprisonnée entre deux flasques minces 58 et 60, de forme carrée, à angles tronqués, débordant de la plaque 56 La plaque épaisse 56, généralement constituée en matériau polymère, et les flasques 58 et 60 sont percés des 264 trous correspondant aux emplacements des crayons. Les flasques et la plaque épaisse sont maintenus assemblés par des moyens quelconques, tels que des vis 62, permettant de maintenir un alignement satisfaisant. La plaque épaisse 56 porte des moyens optiques de détermination des coordonnées du trou 64 par lequel un crayon 10 est en cours d'introduction, dans un sys thème d'axes x,y (figure 2). Les moyens montrés en figures 2 et 3 sont de type en opto-électrique. Ils comprennent deux jeux d'alésages 66 et 70 percés dans deux directions perpendiculaires, placés dans deux plans différents, parallèles aux grandes faces de la plaque 56, pour plus de sécurité.Dans une extrémité de chaque alésage, par exemple d'un alésage 70 parallèle à l'axe IL et correspondant donc à une abscisse x donnée, est emmanché un émetteur optique 72 tandis qu'un récepteur optique 74 est emmanché dans l'autre extrémité. L'émet- teur optique peut par exemple comporter une diode électroluminescente, tandis que le récepteur comporte une photodiode ou une cellule photoélectrique. Les trentequatre émetteurs 72 et les trente-quatre récepteurs 74 A l'armoire 76 est également relié un stylet de lecture optique 80. Dans le mode de réalisation montré à la figure 1, ce stylet est prévu pour permettre à un opérateur de lire le code à barres porté par un crayon. Un stylet pourrait également etre placé sur la pièce de chargement 48. L'armoire de traitement 76 permettra de mémoriser le numéro d'identification porté par l'étiquette d'un crayon 10 et les coordonnées x et y de ce dernier dans l'assemblage. Les émetteurs 72 et les récepteurs 74 peuvent soit etre fixés directement sur la plaque épaisse 56, soit, comme dans le cas montré en figures 2 et 3, être fixés sur des cornières 82 montées sur un des flasques. Dans sa mise en oeuvre à l'aide d'un dispositif du genre montré sur les figures 1 à 3, le procédéselon l'invention est le suivant, Le chariot 38 portant un gabarit 41 est d'abord amené à proximité d'un magasin portant des crayons 10 stockés en nappes et munis chacun d'une étiquette (ou mieux de deux étiquettes) d'identification en code à barres, collée sur un manchon thermorétractable. L'opé- rateur charge ensuite les crayons un par un dans le gabarit 41 en les tirant du magasin. A chaque introduction, le code à barres est lu à l'aide du stylet 80 et les étiquettes sont enlevées, immédiatement avant l'in- troduction dans la pièce de chargement 48. Dans cette pièce, des trous correspondant aux noeuds du réseau occupés par des tubes-guides dans l'assemblage sont omis.Lors de son introduction, chaque crayon dont l'étiquette vient d'être lue interrompt deux faisceaux de lumière à 90 dans la pièce de charg-ement 48. Les coordonnées correspondantes sont mémorisées, en meme temps que le numéro d'identification du crayon, par l'armoire de traitement 76. L'armoire 76 peut être prévue pour déclencher une alarme si un nouveau crayon est introduit alors que le crayon précédent n'a pas -dé- gagé les deux trajets lumineux parce qu'il n'a pas été totalement inséré, Une fois tous les crayons en place, la pièce de chargement 48 est remplacée par une équerre de butée, munie de ressorts de compensation de variations de longueur des crayons, et le chariot 38 est déplacé pour l'amener face au bâti -16.Les faces en regard des bâtis 46 et 16 peuvent être prévues pour provoquer un centrage automatique lors de l'accostage. Le bâti 16 a antérieurement reçu un squelette vide qui est immobilisé à l'aide des cadres à brides 26 et éventuellement d'une équerre de butée amovible de blocage du squelette pendant le tirage. Cette équerre peut comporter des butées vis sables placées en face de chacun des tirants 28. Une équerre de guidage massive 84 peut être prévue en tête du bâti 16 pour garantir une correspondance correcte des pinces 36 avec les emplacements des crayons dans le gabarit. Le tirage des crayons est effectué nappe par nappe. Les vérins 32 sont réglés à une hauteur telle que la nappe de crayons supérieure puisse être saisie, puis tirée dans le squelette, un dispositif de sélection (non représenté) pouvant être prévu pour bloquer les pinces situées face à des noeuds occupés par des tirants. La table support 30 est ensuite descendue d'un pas égal à la distance entre deux nappes successives de crayons à l'aide des vérins 32 et l'opération est répétée jusqu'à chargement complet de l'assemblage. Bien que l'invention n'ait été décrite en détail que dans son application à la cartographie d'assemblage à pas carré, elle n'est pas limitée à ce cas et, en particulier, elle permet de faire un relevé lorsque le pas est triangulaire, à condition d'utiliser un montage différent des moyens opto-électroniques, par exemple en prévoyant des trajets de lumière dans trois orientations différentes. REVENDICATIONS 1. Procédé de cartographie d'assemblage de combustible au cours de la mise en place des crayons dans un squelette destiné à maintenir les crayons de combustible aux noeuds d'un réseau régulier, caractérisé en ce qu'on insère un à un les crayons (10) destinés à l'assemblage dans un gabarit (41 > ménageant des emplacements de stockage reproduisant le réseau des crayons dans l'assemblage en même temps qu'on lit l'étiquette de chaque crayon et les coordonnées de l'emplacement de stockage dans le gabarit avant d'enlever l'étiquette, on dispose le squelette en alignement avec le gabarit et on tire les crayons depuis les emplacements de stockage du gabarit vers les passages correspondants du squelette. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on lit les coordonnées à l'aide de moyens solidaires du gabarit. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on lit les coordonnées en interposant, sur le trajet d'introduction des crayons, une pièce de mesure percée de trous alignés chacun avec un 'emplacement et en détectant l interruption de faisceaux de lumière suivant les deux directions de coordonnées provoquée par le passage d'un crayon. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on détecte l'introduction complète d'un crayon dans son emplacement de stockage par libération des deux trajets de lumière dès que ltextremité arrière du crayon a dépassé ces trajets. 5. Dispositif de cartographie d'un assemblage de combustible nucléaire lors du chargement de ce dernier en crayons combustibles, comprenant un bâti destiné à supporter un squelette d assemblage et des moyens de tirage longitudinal des crayons Mans des passages menagés par le squelette aux noeuds d'un reseau régulier, caractérisé en ce qu'il comprend de plus au moins un gabarit ménageant des emplacements de stockage temporaire reproduisant le réseau des passages de réception des crayons dans l'assemblage, déplaçable de façon à pouvoir l'amener en alignement avec le squelette et muni de moyens de lecture de repères d'identification portés par une étiquette montée de façon amovible sur chaque crayon et de moyens de détermination des-coordonnées de chaque crayon dans le gabarit lors de l'introduction dans ce dernier. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de détermination optique comportent une pièce (48) solidarisable du gabarit en position. percée de trous alignés chacun avec un des emplacements de stockage temporaire et comprenant des moyens opto-électriques de détection du passage d'un crayon dans un des trous et de repérage de ce trou. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens opto-électriques sont prévus pour faire passer deux faisceaux de lumière suivant deux directions différentes à travers chaque trou et identifier les deux faisceaux occultés par le passage d'un crayon. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens opto-électriques comportent deux nappes d'ensembles émetteurs-détecteurs, chaque ensemble étant constitué d'un émetteur placé à une extrémité d'un alésage traversant une rangée de trous et d'un détecteur placé à l'autre extrémité.