Brevet FR2576705A1 — publié le 19860801

Dispositif d'accouplement de barre de commande et de mécanisme d'entrainement L'invention a pour objet un dispositif d'accou- plement entre une barre de commande allongée, à dépla- cement longitudinal, destinée à un réacteur nucléaire, et un mécanisme d'entraînement de la barre. Elle trouve une application particulièrement importante, bien que non exclusive, dans les réacteurs refroidis et modérés à l'eau légère, utilisant des barres de commande compor- tant une grappe de crayons parallèles, contenant un matériau absorbant les neutrons, crayons présentant une grande longueur et donc une flexibilité importante et suspendus, à leur extrémité supérieure, à une pièce couramment dénommée "araignée". On connaît déjà des dispositifs d'accouplement pour barre de commande du type comportant un corps de pince muni de doigts élastiques d'accrochage, apparte- nant au mécanisme, et, sur la barre, un pommeau terminal de préhension par les doigts et un épaulement dirigé vers le pommeau. Le dispositif d'accouplement comporte _un organe supplémentaire, tel qu'un manchon, déplaçable par rapport au corps de pince entre une position o il permet aux doigts élastiques de se dégager du pommeau et une autre position o il verrouille les doigts élasti- ques sur le pommeau. Dans tous ces dispositifs d'accouplement connus, la barre est simplement suspendue au mécanisme d'entrai- nement. Du fait de la forme très élancée des crayons, de leur constitution!généralement empilement de pastilles dans une gaine mince), des dissymétries et de la diver- sité des moyens de guidage des crayons. des vibrations importantes peuvent apparaître lors du fonctionnement du réacteur. Le dispositif d'accouplement ne permet pas d'encaisser les sollicitations présentant un moment par rapport a un axe traversant la one e'accrjthage. Les lames élastiques travaillent dans de mauvaises condi- tions, étant donné que, de par leur forme même, elles ne sont adaptées qu'à supporter des contraintes de trac- tion. Les jeux inévitables risquent de provoquer des os- cillations et vibrations dans le sens vertical. L'invention vise à fournir un dispositif d'ac- couplement désarmable dans lequel la liaison entre le pommeau de la barre de commande et le mécanisme d'en- trainement constitue un véritable encastrement, au sens mécanique du terme, supprimant les jeux longitudinaux et permettant d'encaisser des couples. Dans ce but, l'invention propose notamment un dispositif du type cidessus défini qui comprend un manchon déplaçable avec le mécanisme, mobile longitudi- nalement par rapport aux doigts d'accrochage et ayant une face terminale d'appui sur l'épaulement du pommeau et comprend un ressort de précontrainte exerçant une force tendant à écarter le manchon des doigts de façon à maintenir la face terminale du manchon fermement en ap- pui contre l'épaulement. lorsque les doigts sont ver- rouillés sur le pommeau. Le corps de pince et les doigts peuvent être montés de façon à coulisser dans le manchon. Ce dernier peut alors comporter un chambrage permettant aux doigts de s'écarter et de libérer le pommeau lorsqu'une force extérieure est exercée à l'encontre de celle du ressort de précontrainte. Le corps de pince peut être muni d'une tige cen- trale traversant tout le mécanisme et présentant une liaison de butée avec une tige tubulaire, ladite liaison de butée étant située à l'extrémité du mécanisme opposée à ladite face terminale, le ressort de précontrainte étant alors comprimé entre ladite tige tubulaire et le manchon. Le mode de réalisation qui vient d'être décrit a l avantage d'une grande simplicité. Il a en contrepartie l'inconvénient de soumettre la tige tubulaire à des con- traintes de compression pouvant la faire flamber. Ce flambement peut cependant être facilement limité en dis- posant la tige tubulaire en compression à l'intérieur d'une tige de commande solidaire du manchon et qui coo- père avec des moyens extérieurs d'entraînement longitu- dinal. Ces moyens d'entraînement extérieurs peuvent notamment être des moyens électromécaniques, dont on connaît de très nombreux modes de réalisation. De tels moyens sont par exemple décrits dans le document FRA-1 371 802. Si on souhaite disposer tous les éléments du dispositif d'accouplement immédiatement au-dessus du pommeau, il est possible d'utiliser un autre mode de réalisation qui n'impose aucune contrainte de compression à des tiges ou tubes de grande longueur. On peut notamment utiliser un dispositif dans lequel le manchon 22 est solidaire d'une coulisse 58 située à l'intérieur du corps de pince et présentant une surface d'appui d'une extrémité du ressort de précon- trainte 36 et en ce que l'autre extrémité du ressort de précontrainte 36 prend appui sur un coulisseau 50 pré- sentant, avec le corps de pince, une liaison de butée désarmable. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers d'exécu- tion, donnés à titre d'exemples non limitatifso La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels, - la Figure 1 montre schématiquement un premier mode d'exécution d'un dispositif d'accouplement suivant l'invention, en coupe suivant un plan vertical passant par l'axe; - - la Figure 2 est une vue à grande échelle d'une réalisation possible de la partie haute de la Figure I; - la Figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-III de la Figure 2; - la Figure 4 montre un dispositif d'accouple- ment constituant un autre mode d'exécution de l'inven- tion, en coupe suivant uqn plan vertical passant par l'axe, le dispositif étant montré en position accouplee; - la Figure 5 est une demi-coupe de la partie haute d'un mécanisme d'entrainement muni du dispositif de la Figure 4; - les Figures 6 et 7 sont des vues en coupe sui- vant les lignes VI-VI et VII-VII de. la Figure 4; - la Figure 8 est une vue en élévation du méca- nisme d'accouplement de la Figure 4, représenté en cours de descente vers le pommeau d'une grappe à saisir. Le dispositif d'accouplement montré en Figures 1 à 3 est destiné à un réacteur nucléaire comportant une cuve de résistance à la pression dont le couvercle (non représenté) est traversé par des fourreaux qui reçoivent chacun, à l'extérieur de la cuve, des moyens de commande du déplacement et de la position d'une barre de com- mande. Les équipements internes fixes du réacteur com- prennent, au droit de chaque fourreau, un guide tubu- laire 10 dont une fraction est montrée sur la Figure 1. Ce guide 10 es.t généralement solidaire de la plaque su- périeure de coeur, qui est placée au-dessus des assem- blages de combustible nucléaire (non représentés) lors du fonctionnement du réacteur. Le dispositif d'accouplement suivant l'invention est destiné à solidariser la partie supérieure d'une barre de commande 12, dont seule l'extrémité haute est montrée, à un mécanisme d'entraînement 14. La barre 12 comporte une 'araignée" non visible sur la Figure, qui se prolonge vers le' haut-par un pommeau 16 dont la tête renflée présente une face tronconique d'appui 18 dirigée vers le bas. Le prolongement de l'araignée comporte éga- lement une face tronconique d'appui 20 dirigée vers le haut. L'emploi de surfaces coniques permet de reprendre les réactions latérales de contact et de provoquer un auto-centrage du manchon et du pommeau, comme on le verra plus loin. Le mécanisme 14 comporte de son côté un manchon 22 destiné à coulisser à frottement doux dans le guide tubulaire 10 et une tige de commande 24 qui se prolonge vers le haut à travers le fourreau, de façon à coopérer avec les moyens de commande de déplacement et de posi- tion de la barre. Dans le mode de réalisation montré en Figure 1, le manchon 22 et la tige de commande 24 sont solidaires l'un de l'autre. Le manchon 22 s'appuie sur le guide tubulaire 10 par des patins de guidage 26 et 28 éloignés l'un de l'autre de façon à résister aux couples de basculement. Le dispositif d'accouplement comporte encore un corps de pince 30 mobile longitudinalement dans le man- chon 22. Ce corps de pince comporte plusieurs doigts élastiques de préhension 32 munis d'encoches prévues pour emprisonner le pommeau 16 et prendre appui sur la surface 18, comme le montre. la Figure 1.-Un noyau 33 placé dans le corps, entre les doigts, limite l'ampli- tude des déplacements. Dans le manchon 22 est pratiqué un chambrage annulaire 34 de dimensions telles que les doigts puissent s'échapper vers l'extérieur et libérer le pommeau 16 lorsque la partie renflée terminale des doigts fait face au chambrage. Lorsqu'au contraire cette partie terminale renflée est au-dessus du chambrage, comme le montre la Figure 1, les doigts sont maintenus verrouillés sur le pommeau 16. La mise en précontrainte du dispositif d'accou- plement est assurée par un ressort 36 comprimé entre une bride interne 38 du manchon et un plateau terminal 40 d'un tube 42 coaxial à la tige de commande 24 et placé à l'intérieur de cette dernière. L'effort de compression du ressort 35 est transmis du tube 42 au corpz de pince par l'intermédiaire d'une tige centrale 44 munie de moyens permettant de la retenir sur le tube dans la po- sition montrée en Figure 1. Dans cette position, le tube 42 transmet à la tige centrale 44 l'effort exercé par le ressort 36, effort qui tend à écarter les doigts élas- tiques 32 de la face terminale tronconique 20 du manchon 22. On voit en effet que la tige 44 tire directement vers le haut le corps de pince 30. On peut aisément, tout en conservant un effort de précontrainte raison- nable, équilibrer la force d'inertie maximale s'exerçant sur la masse totale accrochée à la pince. On voit également que les doigts de la pince prennent fermement appui sur la surface interne du man- chon, de sorte qu'ils ne peuvent pratiquement pas flé- chir et qu'ils travaillent pratiquement en traction. La flexion alternée dans les doigts est pratiquement éli- minée. La distance entre les surfaces 18 et 20 peut être largement suffisante pour absorber dans de bonnes condi- tions les moments de basculement. Le flambage du -tube 42 est sans inconvénient, car il est limité par la tige tubulaire de commande qui, elle, est mise en traction par la charge qu'elle sup- porte. Les moyens de retenue en butée de la tige 44 sur le tube 42 peuvent avoir diverses constitutions, par. exemple celle montrée schématiquement en Figures 2 et 3, constituée par des tenons 46 solidaires de la tige 44, pouvant coulisser dans une rainure 48 ménagée dans la partie haute du tube 42 et retenus par la tranche ter- minale'du tube 42 lorsqu'on leur fait subir une rotation après les avoir soulevés au-desssus du niveau de cette tranche, à l'aide d'un outil non représenté. Lorsqu'on souhaite éviter de transmettre des eeforts de compression tout le long du mécanisme d'en- trainement. on peut utiliser, au lieu du mode de réali- sation des Figures 1 à 3, celui des Figures 4 à 8. Sur ces Figures, les organes correspondant à ceux déjà mon- trés sur la Figure 1 sont désignés par le même numéro de référence. Le dispositif d'accouplement comporte encore un corps de pince 30 muni de plusieurs doigts élastiques 32, généralement au nombre de*quatre. Lorsque le dispo- sitif d'accouplement est verrouillé, les parties termi- nales des doigts élastiques enserrent la tête du pommeau 16 et sont retenues par l'alésage du manchon 22. Les organes de transmission de l'effort exercé par le ressort de précontrainte 36 sont, dans le cas de la Figure 4, un peu plus complexes que dans le cas pré- cdent: (a) L'une des extrémités du ressort de précon- trainte 36 est en appui sur un coulisseau 50. Ce coulis- seau est monté à frottement doux dans une fourrure interne 52 du corps de pince 30, constituée en plusieurs pièces assemblées. Des saignées radiales du coulisseau contiennent trois cames de blocage 54 qu'un plongeur 56 fixé à l'extrémité de la tige centrale 44 permet de re- pousser vers l'extérieur pour qu'ils retiennent la face terminale de butée de la fourrure 52. Le plongeur 55 est fixé à la base de la tige centrale 44 tandis que le coulisseau-50 est fixé à la base du tube 42 qui, contrairement au tube 42 de la Figure 1, n'a pas à transmettre les efforts exercés par le ressort de précontrainte 36. (b) L'autre extrémité du ressort 36 prend appui sur une coulisse 58 solidarisée du manchon 22 par une broche transversale 60. La tige de commtande tubulaire 24, cette fois séparée du manchon 22, se prolonge à travers' u fourreau S1 qui contient les moyens de commande de déplacement et de position de la barre. Ces moyens ne seront pas dé- crits, car ils peuvent avoir n 'importe quelle constitu-. tien class1que, telle que celle déjà exposee dans le document FR mentionné plus haut. La Figure 5 montre sim- plement une fraction des trois bobines 62 qui, par ma- noeuvre de pièces polaires déplaçables axialement et de cliquets 64 coopérant avec une denture 66 de la tige 24, assurent le déplacement. On voit sur la Figure 5 que la tige 44 et le tube 42 dépassent vers le haut la tige de commande tubu- laire 24. Lorsque le dispositif est en précontrainte, la position de la tige 44 par rapport au tube 42 est déter- minée par son appui sur un ressort de butée 68 de forte raideur pour que son élongation restera toujours faible. L'appui est maintenu par un ressort de rappel 70 qui présente au contraire une raideur modérée. Les deux res- sorts coopèrent pour absorber les dilatations différen- tielles éventuelles entre la tige centrale 44 et le tube 42. Toujourslorsque le dispositif est verrouillé et en précontrainte, le point fixe de la tige centrale 44 est constitué par le- plongeur 56 immobilisé par butée sur les trois cames de verrouillage 54. A titre d'exemple, on a montré sur la Figure 4 une constitution possible de la partie supérieure de la grappe 12. L'araignée 72 portant les crayons 74 de ma- tériau absorbant ou autre est munie d'un amortisseur 76. On voit également, sur la Figure 4, la plaque supérieure de coeur 77 qui porte les guides tubulaires. 10. Le fonctionnement du dispositif découlant direc- temrent de sa constitution, on n'en donnera maintenant qu'une description très sommaire. Désaccouplement (a) La séquence de désaccouplement est la sui- vante. On descend tout d'abord la barre de contrôle 12 jusqu'à ce qu'elle soit dans la position montrée en Fi- gure 4. A l'aide d'un outil (non représenté) qui vient saisir un renflement terminal 78 de la tige 44, après g ouverture du fourreau contenant les moyens électromagné- tiques, on soulève légèrement la tige de commande 22 et on repousse le tube 42 afin de libérer les cames de blo- cage 54 qui ne reçoivent plus là réaction de la fourrure de butée 52. Les cames de blocage n'exercent plus d'ef- fort sur le plongeur 56. L'outil peut alors tirer la tige centrale 44 vers le haut en surmontant uniquement l'effort exercé par le ressort de rappel 70 de raideur modérée. Dès que la partie de faible diamètre du plongeur 56 est devant les cames de blocage 54, ces derniers peuvent basculer vers l'intérieur en libérant totalement le corps de pince 30. Si alors l'outil continue à remonter la tige centrale 44, cette dernière entraine le tube 42. Lorsque les cames passent sur la rampe conique de la fourrure 52, elles sont repoussées vers l'intérieur du coulisseau et s'escamotent avant de glisser le long de l'alésage de la fourrure 52. Au cours du mouvement de levée, le coulisseau 50 intercepte la coulisse 58 et entraine en conséquence le manchon 22 dans sa levée jusqu'en position de fin de course haute, Le chambrage 34 du manchon 22 est alors en face des renflements des doigts élastiques 32 qui peuvent s'écarter en libérant le pommeau 16: la grappe glisse vers le bas sous l'action de son propre poids. (b) Lorsque l'outil continue à remonter la tige centrale 44, le tube 42 et la tige tubulaire de commande 24 l'accompagnent dans son mouvement. Le manchon est ainsi soulevé au-dessus du pommeau. L'outil peut alors redescendre le manchon 22 attelé au coulisseau 50 jusqu'à une position de butée basse définie par une collerette supérieure de la cou- lisse 58 {Figure 4). Le ressort de précontrainte est détendu et les cames de blocage sont un peu au-dessous de la fourrure 52. La tige centrale 44 peut alors être baissée par l'outil. L'outil peut enfin verrouiller-la tige de com- mande dans les équipements internes en position basse, par des moyens non représentés qui peuvent être classiques. On voit que, une fois la séparation achevée, le manchon 22 est en position basse, les doigts de pince 34 refermés. Accouplement A partir de l'état ainsi atteint, les opérations d accouplement s'effectuent dans l'ordre inverse des précédentes. Au début de l'opération, les doigts élastiques 32 sont on face du chambrage 34 du'manchon 22 et peuvent s'écarter librement. Les opérations (b) sont effectuées dans un ordre inversé. L'ensemble mobile comportant le manchon 22 et les tiges descend comme indiqué par la flèche F sur la Figure 8. Si, dans l'état initial, le pommeau 16 n'est-pas correctement aligné, l'appui de la face terminale conique du manchon 22 le recentre lors de l'engagement du manchon. Lorsque les doigts élastiques arrivent en contact avec la tête du pommeau 16, ils sont repoussés vers l'extérieur par la surface conique de cette tête, dépassent la saillie de préhension, puis se referment dans la gorge qui la suit. Le dessus du pommeau vient alors en contact avec le noyau 33. En fin de descente de la tige de commande 24, cette tige repose sur le pommeau par l'intermédiaire du noyau 33. Les opérations (a) sont alors effectuées, égale- ment dans un ordre inversé, puis l'outil peut être ôté. Le dispositif qui vient d'être décrit comporte au surplus des moyens assurant le guidage de la barre de commande dans toutes ses positions. Lorsque la barre est dans une position pour laquelle le pommeau est situé hors du guide tubulaire 1 ' , la barre est guidée par les patins 26 et 28 du man- chon. La distance entre les appuis est alors relative- ment faible. Mais cette situation, qui n'est pas la plus favorable du point de vue de l'absorption des couples, n'existe que lorsque la barre de commande est presque totalement engagée dans Tle coeur et que l'appui s'effectue dans la partie basse du guide tubulaire, qui ne subit pas d'usure notable. Lors du fonctionnement normal du réacteur, le pommeau est toujours entièrement engagé dans le canal. Dans ce cas, le guidage est assuré par le patin supé- rieur 26 et par un patin 80 place en bas de l'araignée. Pour que le patin 28 ne perturbe pas le guidage, on lui donnera un diamètre légèrement plus faible que celui du patin 80. Dans ce cas, la distance entre appuis est im- portante, ce qui diminue d'autant les forces d'appui nécessaires pour absorber les couples appliques. L'invention est susceptible de nombreuses autres variantes de réalisation. Par exemple, il est possible, au lieu de placer l!araignée 72 a proximité immédiate de la plaque de coeur 70 pour augmenter la flexibilité de la partie des crayons située au-dessus du coeur, de pré- voir une araignée située à proximité immédiate du coeur lorsque la barre est complètement engagée. D'autres so- lutions de verrouillage et de déverrouillage que celles qui ont été décrites à titre d'exemples peuvent être adoptées et il doit âtre entendu que la portée du pré- sent brevet s'étend à de telles variantes ainsi, plus généralement, qu'à toutes autres restant dans-le cadre des équivalences. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'accouplement entre une barre de commande allongée, à déplacement longitudinal, destinée à un réacteur nucléaire, et un mécanisme d'entrainement de la barre, comportant un corps de pince muni de doigts élastiques d'accrochage, appartenant au mécanisme, et, sur la barre, un pommeau terminal de préhension par les doigts et un épaulement dirigé vers le. pommeau, carac- térisé en ce qu'il comprend également un manchon (22) déplaçable avec le mécanisme, mobile longitudinalement par rapport aux doigts d'accrochage (32) et ayant une face terminale d'appui sur l'épaulement- (20) du pommeau et un ressort de précontrainte (36) exerçant une force tendant à écarter le manchon des doigts de façon à main- tenir la face terminale du manchon fermement en appui contre l'épaulement (20) lorsque les doigts sont ver- rouillés sur le pommeau. 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le corps de pince et les doigts sont mon- tés coulissants dans le manchon qui comporte un cham- hrage permettant aux doigts de s'écarter et de libérer le pommeau lorsqu'une force extérieure est exercée à l'encontre de celle du ressort de précontrainte. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite face terminale du manchon (22) et l'épaulement (20) sont évasés pour reprendre les réactions latérales et provoquer un auto-centrage lors de l'engagement du manchon sur le pommeau. 0 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le corps de pince est muni d'une tige centrale (44) traversant tout le mécanisme et pré- sentant une liaison de butée désarmable avec une tige tuoulaire (42) située à l'extrémité du mécanisme opposée a ladite face terminale, le ressort de précontrainte {36) %tant alors comprimé entre ladite tige tubulaire et le manchon (22). 5. Dispositif selon la revendication 4, caracté- risé en ce que la tige tubulaire est placée à l'inté- rieur d'une tige tubulaire de commande solidaire du man- chon et qui coopère avec des moyens extérieurs d'entrai- nement longitudinal. 6. Dispositif selon la revendication 2, caracté- risé en ce que le manchon (22) est solidaire d'une cou- lisse (58) située à l'intérieur du corps de pince et présentant une surface d'appui d'une extrémité du res- sort de précontrainte (36) et en ce que l'autre extrémi- té du ressort de précontrainte (36) prend appui sur un coulisseau (50) présentant, avec le corps de pince, une liaison de butée désarmable. 7. Dispositif selon la revendication 6, caracté- risé en ce que la liaison de butée comportedes cames de blocage (54) disposées dans le coulisseau (50), coopérant avec une fourrure de butée (52) solidaire du corps de pince et en ce qu'une tige centrale (44) est montée dans le coulisseau de façon à pouvoir être déplacée entre une position pour laquelle elle-maintient les cames engagées contre la fourrure et une position dans laquelle elle permet aux cames de s'escamotter. 8. Dispositif selon la revendication 7, caracté- risé en ce que la tige centrale (44) est disposée co- axialement à un tube (42) solidaire du coulisseau et à une tige tubulaire de commande (24) solidaire du corps de pince et coopérant avec des moyens d'entraînement longitudinal. 9. Dispositif selon la revendication 8, caracté- risé en ce que la tige centrale (44) est maintenue en appui contre le tube (42) par l'intermédiaire d'un res- sort de forte rigidité (68) à l'aide d'un ressort de rigidité plus faible (70) et en ce que la tige centrale (44) et le tube (42) font saillie hors de la tipe tubu- laire de commande de façon à permettre de d4epia-er. la tige cestra3e eL le tube l'un par rapport i l'autre à l'aide d'un outil, contre l'action du ressort de rappel (70). 10. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que le manchon comporte des patins de guidaGe contre un guide tubulaire fixe (10) placé dans l'alignement de la barre de com- mande.