Brevet FR2575582A1 — publié le 19860704

Dispositif et procédé d accrochage pour tige de ma- noeuvre de araoppe, de commande dans un réacteur nucléaire L'invention a pour objet un dispositif d'accro- chage permettant de fixer, avec la sécurité requise, les tiges de manoeuvre des grappes de commande dans les équipements internes supérieurs d'un réacteur nucléaire, ainsi qu'un procédé de mise en oeuvre de ce dispositif. Les réacteurs refroidis et modérés par de l'eau légère, et notamment les réacteurs à eau sous pression dits "PWR", comportent en général des grappes de crayons contenant un matériau absorbant les neutrons, destinées à commander le fonctionnement du réacteur. Chaque grappe est prolongée vers le haut par une tige de manoeuvre susceptible d'être actionnée par un mécanisme moteur d'introduction de la grappe dans le coeur et d'extrac- tion. Ce mécanisme moteur est placé au-dessus du cou- vercle de la cuve de résistance à la pression et il est associé à un fourreau de traversée du couvercle conte- nant la tige de commande, reliée à la grappe par un accouplement désarmable. La cuve contient une structure fixe de support et de maintien du coeur et de guidage des grappes et de leur tige de manoeuvre. Cette dernière fonction est as- surée par un ensemble appartenant à la structure, placé au-dessus du coeur, habituellement dénommé "équipements internes supérieurs" et comportant un tube guide par grappe, placé face à un des fourreaux de traversée. Il est nécessaire de remplacer périodiquement certains des assemblages de combustible ou de changer leur disposition. Pour cela les équipements internes supérieurs doivent être enlevés. Auparavant, les grappes sont abaissées dans le coeur, à l'aide de leur tige de manoeuvre. Le couvercle est enlevé et donne accès aux équipements internes supérieurs. Chaque tige de ma- noeuvre est séparée de la grappe correspondante à l'aide d'un outil introduit axialement. Les équipements inter- nes supérieurs sont soulevés, en entrainant les tiges de manoeuvre. 3usqu'ici. les tiges de manoeuvre étaient rete- nues dans les équipements internes supérieurs, au cours de l'enlèvement de ces derniers, par appui sur des bu- tées prévues en bas des équipements internes supérieurs. Cette solution présente un inconvénient grave sur les réacteurs pour lesquels les incertitudes d'alignement des grappes par rapport aux tiges de-commande dépassent celles rencontrées sur les réacteurs PWR actuellement en service. Lorsqu'ultérieurement on remet en place les équipements internes supérieurs, les défauts d'aligne- ment éventuels des grappes de commande par rapport aux guides de grappes dans les internes risquent de provo- quer un arc-boutement des tiges de manoeuvre sur les pommeaux de préhension qui terminent les grappes. L'invention vise notamment à fournir un dispo- sitif d'accrochage répondant mieux que ceux antérieure- ment connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il garantit l'accrochage sûr- des tiges de ma- noeuvre des grappes à la partie haute des équipements internes supérieurs. lorsqu'on enlève le couvercle du réacteur, dont la température est redescendue de la valeur de fonctionnement (environ 320'C en général) à une valeur inférieure à la température d'ébullition de l'eau, et généralement inférieure à 90'C. Dans ce but, l'invention propose notamment un dispositif d'accrochage pour tige de manoeuvre d'une grappe de commande qui comporte, pour chaque tige de manoeuvre: une embase fixée à la partie haute des équi- pements internes supérieurs et coaxiale à un tube de guidage; plusieurs cliquets répartis autour de l'axe de l'embase et montés de façon à pouvoir basculer autour d'un axe horizontal vers une position d'engagement avec une portion munie de gorges ou de cannelures une portion. munie de gorges ou de cannelures 2.575582 circonférentielles, de la tige contenue dans le tube et à partir de cette position; un coulisseau mobile axia- lement sur l'embase vers une position haute o il pro- voque l'engagement des cliquets dans une gorge de la tige et à partir de cette position; et des moyens élas- tiques prenant appui sur l'embase et tendant à engager les cliquets de la.tige, le coulisseau étant dimensionné de façon à être maintenu par le fourreau correspondant à un emplacement suffisamment éloigné de sa position haute pour que les cliquets soient dégagés, quelle que soit la température qui règne dans le réacteur, et en consé- quence les variations de position relative du fourreau et des équipements internes supérieurs dues aux dilata- tions thermiques différentielles. Le dispositif comporte avantageusement trois ressorts comprimés entre l'embase et le coulisseau, ré- partis autour de l'axe et placés entre des cliquets. Ces derniers peuvent avoir une forme de levier coudé, pré- sentant un bras muni d'une lèvre ou dent de verrouillage et un autre bras terminé par une.rotule emprisonnée dans le coulisseau. L'invention propose également un procédé d'ac- crochage de tige de manoeuvre dans une position prédé- terminée, suivant lequel, une fois les cliquets des dis- positifs engagés sur les tiges par suite de l'enlèvement du couvercle, on descend, sur chaque tige de manoeuvre à son tour, un outil de verrouillage de cette tige dans une position déterminée pour laquelle la tige est entiè- rement masquée à l'intérieur des équipements internes, on enfonce le coulisseau à l'aide de l'outil pour déga- ger les cliquets en même temps qu'on saisit la tige de manoeuvre, on remonte la tige jusqu'au niveau de ver- rouillage approprié, et on libère le coulisseau pour permettre au cliquet. de s'engager de nouveau avant de relâcher la tige. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier d'exécu- tion, donné à titre d'exemple non limitatif. La descrip- tion se réfère aux dessins qui l'accompagnent,'dans lesquels: - la Figure 1 est un schéma de principe montrant une fraction des internes supérieurs d'un' réacteur en élévation et montrant, en coupe, une fraction de la cuve- qui contient les internes et du couvercle; - la Figure 2 est une vue d'un dispositif d'ac-- crochage, en coupe suivant un plan vertical passant par l'axe d'une tige de manoeuvre, les pièces étant repré- sentées dans la position qu'elles occupent lorsque le couvercle est en place; - la Figure 3, similaire à une fraction de la Figure 2, montre, en coupe suivant le plan'III-III de la Figure 4, le dispositif alors que le couvercle est enlevé; - la Figure 4 est une vue en coupe suivant la ligne IV-IV de la Figure 3; - La Figure 5 est un schéma de principe d'un outil de verrouillage de la tige dans les internes supé- rieurs. Le réacteur à eau sous pression dont une frac- tion est montrée en Figure 1 comporte une cuve 10 munie d'un couvercle 12. Les équipements internes supérieurs placés dans la cuve 10 comportent, fixés à une plaque 14, des tubes guides 16 s'étendant jusqu'à la plaque su- périeure de coeur (non représentée) et des tubes de gui- dage 18 placés au-dessus de la plaque 14 et se terminant tous sensiblement au même niveau, au-dessous du couver- cle. Le couvercle est traversé, face à chaque tube guide 18, par un fourreau 20 de guidage d'une tige de ma- noeuvre 22. La Figure 1 montre très schématiquement un mode possible de connection entre cette tige 22 et le pommeau terminal 24 d'une grappe de commande 26 corres- pondante, Chacun des tubes guides est muni d'un-dispositif d'accrochage (dans le cercle en tirets et de la Figure 1) qui sera maintenant décrit en faisant référence aux Figures 2 à 4. Le dispositif comporte une embase 28 fixée par des moyens quelconques, tels que des boulons 30, à la partie supérieure de chaque tube guide 18 dans lequel coulisse une tige de manoeuvre 22. Dans l'embase sont pratiquées trois encoches 32 réparties à 120' l'une de l'autre. Chaque encoche est traversée par un axe 36 autour duquel un cliquet 34 peut basculer dans un plan passant par l'axe du tube guide 18. Chaque cliquet est en forme de levier coudé. L'un des bras du levier com- porte une lèvre de verrouillage capable de venir en prise sur l'une des cannelures ou gorges 38 ménagées sur la tige 22. L'autre bras se termine par une rotule 40. Un couliseau 42, en plusieurs pièces assemblées, est monté sur l'embase 28 de façon à pouvoir se déplacer verticalement. Comme le montre la Figure 3, il est claveté coulissant en 46 sur l'embase. Les rotules 40 sont emprisonnées dans un logement annulaire 48 ménagé par le coulisseau. Trois ressorts 44 comprimés entre l'embase et le coulisseau tendent à repousser ce dernier vers une position haute pour laquelle la lèvre de chaque cliquet 34 s'engage dans une gorge 38 de la tige 22. La Figure 2 montre également le fourreau 20 associé au tube guide 18 et l'embout 50 en forme de tu- lipe qui le termine et joue également le râle de manchon de protection thermique. Un trou calibré dans la tulipe admet un débit déterminé dans l'intervalle tige de commande-tube guide. Ce calibrage-de débit est important lorsque le nombre de grappes est élevé car la somme de ces débits court-circuit le coeur et risque d'affecter le bilan thermique global. Lors du fonctionnement du réacteur, le fourreau et son embout baignent, ainsi que l'ensemble des équipements internes supérieurs, dans le réfrigérant à température et pression élevées, également en contact avec la cuve. L'embout 50 est monté à un em- placement tel que, quelles que soient les dilatations thermiques différentielles, l'embout enfonce le coulis- seau 42 dans une position o il retient les cliquets 34 hors de contact avec la tige 22. La Figure 2 montre en traits pleins l'une des positions extrêmes que peuvent prendre les cliquets 34- lorsque le couvercle est en place. Elle montre, en traits mixtes, l'autre position extrême que peuvent prendre les cliq-uets 34 et le cou- lisseau 42. On voit, que dans ce dernier cas subsiste encore une garde. angulaire de 20' environ, dans le cas o les dilatations différentielles sont les plus défa- vorables. Lorsque le coulisseau est totalement libre au contraire,.les ressorts 44 assurent la venue des cli- quets 34 en prise dans une gorge 38. La mise en oeuvre du dispositif qui vient d'être décrit peut notamment être la suivante, lorsqu'est en- treprise une campagne de rechargement en combustible. Le réacteur est tout d'abord arrêté. La tempé- rature du réfrigérant diminue progressivement. Lors- qu'elle est descendue à une valeur inférieure à 90'C, généralement d'environ 70DC, on procède à l'enlèvement du couvercle. Les grappes de commande sont alors en po- sition basse dans le réacteur. Lorsque le couvercle est soulevé, les embouts 50 libèrent les coulisseaux 42. Ces derniers remontent sous l'action des ressorts de rappel 44 et accostent les cliquets 34 sur, les tiges de ma- noeuvre 22. Chaque tige de manoeuvre à son tour est ensuite séparée de la grappe correspondante. Dans le cas fré- quent o la tige de manoeuvre est munie d'un grappin à doigts flexibles enserrant un pommeau de commande-de la grappe (c'est-à-dire dans le cas d'une disposition du genre décrit par exemple dans le document FR-A-2 537 764). la séparation peut être effectuée à l'aide d'un outil inséré axialement sur la tige de commande. Après séparation de la grappe, chaque tige de commande est verrouillée dans les équipements internes supérieurs dans une position déterminée, telle que le bas de la tige de manoeuvre soit masqué à l'intérieur des équipements internes et ne risque pas de venir s'arc-bouter ultérieurement sur les pommeaux, lors de la remise en place des internes. Ce verrouillage est 'effec- tué à l'aide d'un outil tubulaire 52 (Figure 5) dont la base est prévue pour enfoncer le coul-isseau 42 de façon à écarter les cliquets 34 et à libérer la tige 22. L'ar- bre de manoeuvre de l'outil 52 permet de relever la tige de manoeuvre jusqu'au niveau de verrouillage prévu, le coulisseau 34 restant enfoncé. Enfin, on libère le cou- lisseau 42 en relevant la base de l'outil, l'arbre res- tant immobile. Les ressorts de rappel 44 ramènent alors le coulisseau en position haute et engagent les cliquets 34 dans une gorge 38 de la tige de manoeuvre 22. L'outil peut alors être retiré. L'outil peut comporter une échelle graduée per- mettant de vérifier le niveau donné à la tige de ma- noeuvre. Une fois toutes les tige amenées à la position de verrouillage choisie, les internes supérieurs sont enlevés en bloc et le rechargement peut être entrepris. Une fois celui-ci effectué, les internes supérieurs sont remis en place. Puis les tiges de commande sont ramenées en prise sur les pommeaux des grappes, l'outil permet- tant d'effectuer cette manoeuvre étant également conçu pour déverrouiller le dispositif d'accrochage en appu- yant sur le coulisseau. On voit que le dispositif suivant l'invention permet de maintenir à coup sur en place les tiges de manoeuvre, qu'elles soient ou non munies de leur grappe, à un niveau tel que les opérations de manutention et d'accostage lors de la remise en place des internes supérieurs soient facilitées. Les temps requis pour les déconnexions, reconnexions et surtout les vérifications associées sont réduits alors que la sûreté est supé- rieure à celle du dispositif selon l'art antérieur. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'accrochage pour tige. de ma- noeuvre (22) d'une grappe de commande dans un réacteur nucléaire comprenant une cuve (10) munie d'un couvercle (12) auquel sont fixés des fourreaux (20) de traversée destinés aux tiges et contenant une structure interne fixe comportant des tubes (18) de guidage des tiges, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte, pour chaque tige: une embase (28) fixée à la -partie haute de la structure interne et coaxiale à un tube guide; plu- sieurs cliquets (34) répartis autour de l'axe de '1 em- base et montés de façon à pouvoir basculer autour d'un axe horizontal vers une position d'engagement avec une portion, munie de gorges ou de cannelures circonféren- tielles, de la tige contenue dans le tube et à partir de cette position; un coulisseau mobile axialement sur l'embase vers une position haute o il provoque l'enga- gement des cliquets dans une gorge de la tige et à par- tir de cette position; et des moyens élastiques' prenant appui sur l'embase et tendant à engager les cliquets de la tige, le coulisseau étant dimensionné de façon à être maintenu par le fourreau correspondant à un emplacement suffisamment éloigné de la-position basse pour que les cliquets soient dégagés, qu-elle que soit la température qui règne dans le réacteur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les moyens élastiques comprennent trois ressorts'de rappel (44) comprimés entre l'embase (28) et le coulisseau (42). 3. Dispositif selon la revendication 2. caracté- risé en ce qu'il comporte trois cliquets (34) alternés avec les ressorts autour de l'axe. 4. Dispositif selon la revendication 3, carac- térisé en ce que les cliquets (34) présentent une forme de levier coudé, ayant un bras de verrouillage terminé par une lèvre destinée à venir en prise dans une gorge de la tige et un bras terminé par une rotule emprisonnée dans un logement annulaire (48) du coulisseau. 5. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que chaque fourreau de traversée (20) 'est muni d'un embout terminal (50) en forme de tulipe destiné à prendre appui sur le coulisseau et à constituer élément de protection thermi- que. ID0 s6. Procédé d'accrochage de tige de manoeuvre de grappe dé commande dans une position déterminée dans les internes supérieurs. d'un réacteur, caractérisé en ce que, une fois les cliquets d'un dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5 engagés sur les tiges par suite de l'enlèvement du couvercle, on des- cend, sur chaque tige de manoeuvre à son tour, un outil de verrouillage de cette tige dans une position détermi- née pour laquelle la tige est entièrement masquée à l'intérieur des équipements internes, on enfonce le cou- lisseau à l'aide de l'outil pour dégager les cliquets en même temps qu'on saisit la-tige de manoeuvre, on remonte la tige jusqu'au niveau de verrouillage approprié, et on libère le coulisseau pour permettre au cliquet de s'en- gager de nouveau avant de lâcher la tige.